為LCD背光應(yīng)用驅(qū)動120個LED(圖)

隨著白光發(fā)光二極管(LED)的效率持續(xù)快速提升且其解決方案的尺寸變得更小更薄，它們?nèi)缃褚?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/應(yīng)用">應(yīng)用在便攜式DVD播放器、電子相框和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)等設(shè)備中，作為5～10英寸的液晶顯示(LCD)面板背光。

本文將闡述如何利用一個20V白光LED驅(qū)動器來為LCD背光應(yīng)用驅(qū)動多個LED串，以及如何將輸出電壓范圍擴(kuò)展至高于最大額定電壓以驅(qū)動串聯(lián)的6～10個LED。

帶電流鏡像的多個LED串

圖1顯示了如何將流經(jīng)初級支路的恒定電流復(fù)制到次級支路。NCP5050是LED驅(qū)動芯片，它可將感測電阻R_LCS的電壓維持在250mV來對初級支路的恒定電流I₁進(jìn)行穩(wěn)流。
電流I₁由式1來確定。

圖1 基本的電流鏡像

RLCS=FBV/IOUTL

例如，如果需要的值為20mA，R_LCS就會是12.5Ω。

_{次級電流I2由電流鏡像 Q1-1/Q1-2驅(qū)動，且這個電流鏡像的比例為1:1，因此，}I_{1=I2。電流鏡像由2個小型表面貼裝電阻和1個采用極小的SC88六引線封裝的雙PNP晶體管來實現(xiàn)。為了提升電流匹配精度，可以使用一對SOT-563封裝的匹配PNP晶體管，如NST30010MXV。}

如圖2所示，電流I1能夠根據(jù)需要進(jìn)行多次鏡像?？傠娏鱅T是所有流經(jīng)n個支路的電流之和，如式（2）所示。

圖2 多支路電流鏡像示意圖

I_T=nI₁

LED的最大數(shù)量由升壓穩(wěn)壓器的輸出功率能力決定，而輸出功率能力會因給定的電池電壓V_BAT、LED總電流I_T和所選擇的外部元件的不同而變化。需要注意的是，圖1中的電感能夠直接采用電池或其他電源供電，而其他器件的輸入電壓Vin應(yīng)該限制在低于5.5V，不論是采用低功率低壓差(LDO)穩(wěn)壓器或電流限制Zener穩(wěn)壓器來供電。對于穩(wěn)壓的5V或單節(jié)鋰離子電源而言，這種雙電源配置并不需要。

最后，根據(jù)圖3中的統(tǒng)計測量數(shù)據(jù)，我們可看到，LED串間的典型電流匹配維持在3%以內(nèi)。

帶有鎮(zhèn)流電阻的支路

如果系統(tǒng)成本的考慮比完美匹配更重要，可以選用另一種不昂貴的解決方案，如圖4所示。這個應(yīng)用采用了鎮(zhèn)流電阻來匹配LED串間的LED電流。

一項好的折中舉措是采用1個68Ω電阻，該電阻在電流為10mA時提供 0.68V的壓降，并將包含10個LED的串的損耗維持在2%～3%以內(nèi)?？傠娏鱅_T由R_LCS來控制，如式（3）所示。

圖3 電流鏡像匹配

R_LCS=F_BV/I_T

如果采用低正向電壓變化的LED，那么類似圖4中的電路通常能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)好的亮度匹配。通常一串LED內(nèi)LED至LED間的正向電壓變化都頗為一致，而且只要稍稍提高成本，LED制造商提供具有更緊密的正向電壓容差的電阻分擋(binned)LED。這樣一來，就可以獲得圖5所示統(tǒng)計數(shù)據(jù)的10%以內(nèi)的典型電流匹配。

圖4 多支路鎮(zhèn)流電阻

圖5 電阻電流匹配

　
電壓增倍

圖6所示為電壓增倍電路。我們可將其視為兩個串聯(lián)的半波整流電路。在M1導(dǎo)電期間，開關(guān)電壓VSW被下拉至零電壓，D1和D3這兩個二極管開路，而二極管D2則導(dǎo)電并為電容C3充電。在第二段，D1和D3導(dǎo)電并為電容C2和C4充電。因此，這種結(jié)合體的輸出電壓V_OUT也就等于V_SW峰值電壓的2倍減去D1、D2和D3的正向電壓。圖7顯示一些電壓增倍操作周期。

圖6電壓增倍電路

圖7電壓增倍操作周期

　
調(diào)光技術(shù)

對LED亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)的最佳及最簡單方法就是采用脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)。PWM信號用于CTRL輸入，因此，LED的平均負(fù)載電流也就與占空比成正比(見圖8)。換言之，減少占空比，LED的亮度就可以調(diào)節(jié)。這種帶有電壓增倍功能的應(yīng)用支持的PWM調(diào)光頻率可高至50kHz。為了避免顯示屏上出現(xiàn)任何光閃爍或可聽噪聲，頻率應(yīng)該保持在20～50kHz的范圍內(nèi)。

圖8 IT平均電流Vs占空比

得益于NCP5050的高開關(guān)頻率，這種類型的電路能夠采用小型的分立元件來為負(fù)載提供較大的電流I_T，并且具有很高的效率（見圖9）。

圖9 效率Vs總輸出電流I_T@10 LEDs(35V)