加強(qiáng)背光照明解決方案

如今，大部分便攜式設(shè)備尤其是移動(dòng)電話中的鍵盤背光照明以及其他裝飾燈都傾向于采用個(gè)性的設(shè)計(jì)方式。然而，顯示屏的背光和鍵盤的背光在要求上是不同的，而且這分別會(huì)影響到相關(guān)LED的驅(qū)動(dòng)方法。

現(xiàn)在大部分的便攜式電子產(chǎn)品，如移動(dòng)電話、個(gè)人電子手帳、導(dǎo)航系統(tǒng)等，都擁有一個(gè)需要背光照明的小型LCD顯示屏作為用戶界面。人們用這些設(shè)備來觀看高分辨率的相片、影片和上網(wǎng)瀏覽的時(shí)間亦越來越長(zhǎng)。這樣，人們對(duì)具備媒體存儲(chǔ)能力的高質(zhì)亮顯示屏的需求變得越來越強(qiáng)烈，對(duì)背光LED和驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的挑戰(zhàn)也就越大?，F(xiàn)今，雖然白光照明LED主導(dǎo)了市場(chǎng)，但新涌現(xiàn)的紅綠藍(lán)(RGB)背光可改良顯示屏上的色彩飽和度，因此前景無限。

LED和鋰離子電池的改變將會(huì)影響背光驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。并且，在便攜式設(shè)備上增加LED的數(shù)目會(huì)造成LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)上的挑戰(zhàn)。最常見的挑戰(zhàn)包括電源效率、控制界面/可編程能力、方案的大小尺寸、電磁干擾(EMI)和系統(tǒng)成本等。

亮度控制

背光照明LED的亮度控制可經(jīng)由脈沖寬度調(diào)變(PWM)或恒流控制來實(shí)現(xiàn)。PWM亮度控制需動(dòng)用一個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)LED，但需要調(diào)節(jié)開/關(guān)時(shí)間才能達(dá)到所需的光度。因此PWM控制比直接的恒流控制更加復(fù)雜。

恒流控制的好處是沒有了連續(xù)的開關(guān)動(dòng)作，因此進(jìn)行亮度調(diào)校時(shí)，由LED色譜位移而引致的EMI較低。LED制造商將LED按照“群集電流”來分組，并確保LED的表現(xiàn)不會(huì)降低。當(dāng)群集電流改變時(shí)，LED的亮度變化會(huì)多于設(shè)定的規(guī)格，因此肉眼能分辨出背光照明LED之間的不同亮度。當(dāng)使用很低的電流時(shí)，上述情況尤其明顯。

如果使用PWM來控制亮度，那亮度調(diào)節(jié)便會(huì)在整個(gè)范圍內(nèi)呈線性，而且被調(diào)節(jié)時(shí)不會(huì)產(chǎn)生顏色上的變化。不過，PWM的變換會(huì)產(chǎn)生電磁干擾和可聽得到的噪聲。該噪聲是由陶瓷電容器的壓電效應(yīng)所產(chǎn)生。為了免除這可聽噪聲，PWM的頻率必須高至人耳收聽不到的水平，如20kHz。另外一個(gè)方法便是使用很低的頻率，令應(yīng)用中的電容器和電路板不會(huì)產(chǎn)生共鳴，并保證不會(huì)產(chǎn)生出可聽到的“啪啪”聲(如250Hz)。通過減慢PWM控制的上升/下降沿可有助削減電磁干擾的強(qiáng)度。

背光照明驅(qū)動(dòng)器的拓?fù)?br />
驅(qū)動(dòng)器拓?fù)淇梢苑譃椴⒙?lián)和串聯(lián)兩種。當(dāng)每一個(gè)LED均需要做個(gè)別控制時(shí)，會(huì)使用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)。在背光照明的應(yīng)用中，所有LED的亮度應(yīng)該是一致的。但如果使用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)器，LED電流之間可能會(huì)出現(xiàn)輕微的失配。幸而，配合最新的驅(qū)動(dòng)器后，這種電流失配就變得微不足道了。因?yàn)檫@些LED的典型亮度容差一般比輸出電流中的失配大很多。

當(dāng)背光照明LED串聯(lián)在一起時(shí)，相同的電流會(huì)流通所有LED，使得LED電流間出現(xiàn)百分百的匹配。此外，采用串聯(lián)驅(qū)動(dòng)后無須為每個(gè)LED進(jìn)行個(gè)別的驅(qū)動(dòng)器布線，所以PCB布線變得更容易。由于驅(qū)動(dòng)器輸出的正向電壓已考慮到了數(shù)個(gè)LED，因此串聯(lián)驅(qū)動(dòng)法比并聯(lián)驅(qū)動(dòng)法稍勝一籌。串聯(lián)驅(qū)動(dòng)需要高壓的升壓轉(zhuǎn)換器(如20V)來從鋰離子電池中提取足夠的電壓以驅(qū)動(dòng)數(shù)個(gè)串聯(lián)LED。

驅(qū)動(dòng)LED的最普遍方法是用低邊驅(qū)動(dòng)器輸出，LED輸出腳可作為一個(gè)恒流下沉(constantcurrentsink)。在這情況下，LED輸出和電源電壓需要獨(dú)立的布線。如采用高邊驅(qū)動(dòng)器輸出，那LED的輸出腳便成為電流源，同時(shí)只有LED接腳要布線，LED陰極則直接接地。通常，在PCB處都有一個(gè)接地面，因此無須進(jìn)行獨(dú)立的布線。圖1所示為不同驅(qū)動(dòng)方法。


圖1并聯(lián)高壓側(cè)和串聯(lián)低壓側(cè)驅(qū)動(dòng)

白光LED和電池技術(shù)

便攜式設(shè)備一般都用一枚鋰離子電池來工作，其電壓視所需的電荷介乎2.8～4.3V之間。白光LED正向電壓一般為3.5V，這是單一的鋰離子電池通常不能驅(qū)動(dòng)的，因此需要采用升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器可以是電容式(電荷泵)或電感式(磁力升壓)。由于電荷泵的體積較小，一般都會(huì)用在并聯(lián)LED驅(qū)動(dòng)器上。至于磁力升壓轉(zhuǎn)換器，一般都會(huì)用于高壓的串聯(lián)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)，原因是電荷泵技術(shù)所能達(dá)到的輸出電壓還不夠高。轉(zhuǎn)換器輸出電壓的調(diào)節(jié)可以通過LED正向電壓的感應(yīng)來自動(dòng)(適配性)履行，或者用戶可根據(jù)LED正向電壓的規(guī)格來設(shè)定一個(gè)恒壓。

未來，新型鋰離子電池和LED技術(shù)將會(huì)為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)帶來新的挑戰(zhàn)。配合最新的化學(xué)成果，電池電壓的范圍將擴(kuò)大到2.3～4.7V，而典型的白光LED正向電壓將會(huì)下降至2.9V。與此同時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)器的飽和電壓都會(huì)隨著下降。當(dāng)采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)時(shí)，要高效地驅(qū)動(dòng)一個(gè)2.9V的LED，就需要?jiǎng)佑靡粋€(gè)升降壓轉(zhuǎn)換器。圖2所示為由電池、驅(qū)動(dòng)器和LED技術(shù)的進(jìn)步所帶來的效果。


圖2電池和白光LED正向電壓的技術(shù)進(jìn)展