優(yōu)化手機(jī)白光LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

引言

　　推動(dòng)移動(dòng)電話(huà)顯示由單色轉(zhuǎn)換為彩色的一個(gè)主要趨勢(shì)是拍攝功能的集成。最初這些成像器件的分辨率相當(dāng)有限，同時(shí)圖像質(zhì)量也不佳。但隨著技術(shù)的發(fā)展，分辨率由30萬(wàn)像素的VGA等級(jí)進(jìn)展到100至200萬(wàn)級(jí)像素，并快速朝向300萬(wàn)像素以上的分辨率級(jí)邁進(jìn)。在成像器件、處理器與軟件不斷得到改進(jìn)后，消費(fèi)者現(xiàn)在希望得到更多的數(shù)碼相機(jī)功能，例如低照明情況下需要的閃光燈，甚至是自動(dòng)對(duì)焦等。在這樣的分辨率下，良好的畫(huà)質(zhì)輸出以及圖片與視頻分享變得更加實(shí)用，這些更高密度的CMOS成像器件需要從目標(biāo)獲得更多的反射光，因此進(jìn)一步推動(dòng)了集成閃光功能的需求。

　　1　LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的新要求

　　要將傳統(tǒng)的氙氣閃光燈放置到尺寸相當(dāng)緊湊的手機(jī) 內(nèi)對(duì)設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)極具挑戰(zhàn)性，因?yàn)槌舜执蟮拈W光用高壓電容外，還必須加上燈泡以及相關(guān)的變壓器與電子線(xiàn)路，而傳統(tǒng)的閃光燈也不適用于視頻拍攝的用途。慶幸的是，LED制造商已經(jīng)著手通過(guò)采用如氮化銦鎵（InGaN）等新材料來(lái)提升功率LED的光輸出。

圖1 基于NCP5005的電感式LED驅(qū)動(dòng)電路

　　另一方面，半導(dǎo)體制造技術(shù)的創(chuàng)新以及封裝方式的改進(jìn)也提高了能夠產(chǎn)生的流明數(shù)以及光電轉(zhuǎn)換效率。要產(chǎn)生最高的光輸出，這些功率LED可能需要400mA或更高，且脈沖寬度在50到200ms的電流輸出能力。但是對(duì)視頻應(yīng)用來(lái)說(shuō)，則需要較小的電流，但時(shí)間卻不僅限于單一脈沖。除了尺寸的限制以及人體工學(xué)的考慮外，這些相機(jī)模塊通常會(huì)集成在屏幕的后方或上方，以便使用者可以利用LCD作為抓取圖像的取景器，這在折疊式手機(jī)上特別常見(jiàn)。成像器件與鏡頭機(jī)構(gòu)可能還必須能夠旋轉(zhuǎn)，以便手機(jī)可以在視頻會(huì)議模式下作為面對(duì)面溝通的工具，這在3G網(wǎng)絡(luò)的電話(huà)設(shè)計(jì)上預(yù)計(jì)將更加普遍，因?yàn)橛凶銐虻膸捒梢赃\(yùn)用在視頻會(huì)議上。

　　在討論這些趨勢(shì)時(shí)我們可以明顯地看出，屏幕顯示的質(zhì)量與分辨率變得越來(lái)越高，同時(shí)尺寸也越來(lái)越大，特別是具備豐富多媒體功能的手機(jī)，預(yù)計(jì)未來(lái)將有越來(lái)越多的內(nèi)容，如流視頻或廣播視頻、互聯(lián)網(wǎng)瀏覽與電子郵件、拍照與相片查看，以及游戲和信息獲取服務(wù)等。因此，當(dāng)手機(jī)在沒(méi)有通話(huà)時(shí)屏幕使用將更為頻繁，但是如果手機(jī)的電池續(xù)航能力不夠，這些功能都將受到限制。因此，高效率的系統(tǒng)電源管理，包括屏幕與按鍵的背光電源管理就變得相當(dāng)重要，而諸如相機(jī)閃光燈等以往只有在高端手機(jī)中才能看到的功能也將逐漸成為標(biāo)準(zhǔn)配置。

　　這些也將對(duì)白光LED背光驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)帶來(lái)挑戰(zhàn)：更大的屏幕代表了有更多的區(qū)域需要背光，因此必須提升驅(qū)動(dòng)器件的整體效率；由于空間有限，所以必須在單一封裝中集成更多的功能；由于考慮的不僅是大小，厚度也必須縮減，特別是滑蓋與折疊式造型的產(chǎn)品。

　　2　驅(qū)動(dòng)電路方案

　　手機(jī)中白光LED驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)常使用兩種架構(gòu)：LED以串聯(lián)方式連接的電感升壓轉(zhuǎn)換電路；每顆LED都通過(guò)穩(wěn)定的電流源驅(qū)動(dòng)的電荷泵驅(qū)動(dòng)器。電感解決方案可以帶來(lái)最佳的整體效率，而電荷泵方式由于使用小型陶瓷電容作為能量轉(zhuǎn)換器件，因此體積最小。圖1和圖2分別給出了兩種驅(qū)動(dòng)架構(gòu)的典型應(yīng)用電路。當(dāng)前，功率LED的效率不斷地得到提高，降低了背光LED的功耗，因此可以用更少的LED提供更高的光輸出。這意味著兩、三年前需要4顆LED提供背光的1.5寸屏幕，現(xiàn)在只需兩顆功耗只有一半的LED就能夠得到相同的性能。