便攜式LED照明驅動電路設計

　　圖3：ICON模式控制時的簡單SCL與SDA連接線上的資料順序

　　線性穩(wěn)壓器/電流源方案在使用具備約3.3V較低前向電壓的叢集式LED時，可選擇線性穩(wěn)壓器來提供驅動電流。與切換式轉換器比較，線性穩(wěn)壓器具備較低成本及較低的電磁干擾，因為線性穩(wěn)壓器只需在驅動晶片的周邊加入幾顆電阻，同時無需使用切換式元件，但這類解決方案的缺點是較窄的有效電池電壓運作范圍，圖4顯示了使用NUD4301低壓降線性穩(wěn)壓器做為兩顆LED驅動電路的情況，依標準0.2V壓降以及3.3V的LED前向電壓考慮，穩(wěn)壓器將在電池電壓低于3.5V時離開穩(wěn)壓模式并進入飽和模式，這將造成穩(wěn)壓器輸出電流大幅下滑同時LED亮度開始變暗，不過如果最低電池電壓是在可接受的范圍，那么線性穩(wěn)壓器還是小型LCD面板最具成本效益的背光解決方案。

　　圖4：采用線性穩(wěn)壓器NUD4301做為推動小型LCD面板背光的兩顆LED驅動電路

　　行動照明應用

　　臨時照明手機所提供的LED照明功能普遍被認為是相當精妙的設計，這可以由許多手電筒現(xiàn)在都由數(shù)顆低功率LED組成，并透過20mA到60mA較低電流推動的趨勢看出，這類照明可做為可攜式手電筒，但它微弱的照明強度對支援黑暗環(huán)境下的攝影不足夠，事實上必須要有一個或更多的高功率LED才能支援1公尺或更遠的拍攝照明，阻礙工程師加入高功率LED的主要原因還是成本，目前量產(chǎn)的高功率LED主要仰賴全球5大制造商供應，不過在臺灣與韓國制造商的功率LED產(chǎn)能逐漸開出后，預料單價將開始下滑，同時驅動電路的成本也會隨量產(chǎn)而下降。

　　單顆高功率閃光燈驅動電路升壓式轉換器是支援高功率LED中最高達4.9V前向電壓的必備條件，但就算是相同的LED晶片，前向電壓在不同條件下也會有所不同，當LED溫度上升時，前向電壓可能會滑落到低于輸入電池電壓，因此就需要降壓式轉換器，技術上來說，升降壓轉換器是推動單顆高功率LED的最佳方案，不過這類驅動晶片通常成本較高，同時也需搭配會提高成本與體積的外部電感。升降壓轉換器的優(yōu)點則在于較高的整體效率，主要原因是完全使用了電池的能量，同時能夠提供超過1A甚至更高的超高輸出電流，新推出的高電流充電泵驅動電路是升降壓轉換器的一種低成本替代方案，不過充電泵轉換器的輸出電流最高大約在700mA，主要還是受到較低效率以及能夠由電池所提取的最大電流限制。

　　整合型照明管理晶片具備背光與閃光功能，部分甚至還具備RGB與其他影音功能的整合型照明管理晶片(LMIC)目前已出現(xiàn)在市場上，它包含了可能采用充電泵或電感式設計的升壓轉換器，每個輸出則由可調式電流源提供，這種方案在掀蓋式或滑蓋式手機中特別有用，原因是它免除了由電源管理單元拉到電話另一面所需的長路徑。NCP5608是一個可以提供整體高達500mA電流，配備8個輸出的整合型充電泵驅動晶片，它的輸出電流可以由處理器透過I2C連接埠來加以調整，同時也能夠組成不同的LED組態(tài)來滿足各種平臺的需求，請參考圖5。

　　目前移動電話與PDA中最常見的電池為鋰離子或者鋰高分子可充電電池，采用鋰材料的可充電電池額定電壓范圍是3.6V~3.7V,工作電壓則為4.2V~3.2V,為確保能夠安全工作，這類型的鋰電池只能夠在1C的范圍內充電或放電，這里C由電池的額定容量所決定，例如1,000mAh的電池最高放電電流為1A,移動電話通常使用的電池容量大約在650~1,000mAh之間。為改善電池的效能，采用不同陰極材料的新型鋰離子電池已開始開發(fā)。在使用這類電池組時，設計工程師應該遵守電氣規(guī)格限制并據(jù)此調整驅動電路。

　　在使用最高正向電壓為3.4V~4V的LED時，由電池提供的輸入電壓必須等于或高于所需的驅動電壓，因此需要一個具有穩(wěn)定電流功能的升壓式轉換器來推動以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接的LED.

　　電荷泵轉換器目前廣泛使用在LCD的背光驅動上，與采用電感式的升壓式轉換解決方案比較，電荷泵驅動電路由于具備較低的成本、較薄的厚度以及較低的噪聲特性而成為較佳的選擇，新推出的集成電路設計已經(jīng)逐漸改善電荷泵驅動電路的效率，目前最高效率可超過93%,而平均效率則約為80%.電荷泵驅動電路通常采1x與2x模式運作，部分設備中則加入了1.33x與1.5x模式來改善效率，在這類解決方案中，LED采用并聯(lián)方式連接，同時每個LED的電流由各自獨立的匹配電流源提供，最佳的驅動芯片在相同電路中任兩個LED電流間的匹配誤差約為0.2%.

　　圖6：具備內部開關與時間限制保護的4.5W功率閃光燈驅動電路

　　本文小結

大部分的功率閃光燈可能包含幾個標準的LED或一顆高功率LED,目前拍照手機中高功率LED尚未普及的主要原因是單價較高。在部分高端移動電話中使用了兩顆LED以便提供較高亮度的閃光燈來強化拍照手機的拍照效果。在拍照手機逐漸取代數(shù)碼相機的趨勢下，更高功率的閃光燈解決方案將越來越普及，從而為用戶提供真正的拍照體驗。