線性匹配獨(dú)立電流源與傳統(tǒng)白光 LED 驅(qū)動(dòng)器解決方案之間的對(duì)比

　　1 背景

　　早期的手機(jī)均具有較便宜的彩色發(fā)光二極管(LED)，用于鍵盤照明和黑白液晶顯示(LCD) 背光照明。在世紀(jì)之交，LED 技術(shù)的進(jìn)步實(shí)現(xiàn)了手機(jī)鍵盤的藍(lán)白光LED 照明。白光LED (WLED) 只不過就是帶有特殊涂層的藍(lán)光LED，從而產(chǎn)生白色光波長(zhǎng)。由于WLED 可以在LCD 顯示器上發(fā)射全色光譜，所以WLED 現(xiàn)在為手機(jī)中主要的照明顏色。除了全色LCD 背光照明以外，WLED 還可用于鍵盤、軌跡球及控制按鈕照明、相機(jī)快閃和閃光燈。

　　第一代WLED 需要更高的正向電壓(>4.2V) 和電流(>20mA) 來實(shí)現(xiàn)手機(jī)應(yīng)用所需的發(fā)光度或亮度。這些電壓一般都高于電池電源，并且需要有驅(qū)動(dòng)器IC對(duì)LED電源電壓進(jìn)行升壓。由于WLED 所需的電流很高，所以它們通常消耗了移動(dòng)手持終端中大部分的電池電量。為了降低功耗并延長(zhǎng)電池使用壽命，WLED 工藝技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)成本的降低帶來了更為便宜的WLED，這種WLED 只需更少的電流就可產(chǎn)生所需的發(fā)光度。在電流更低（10mA）的情況下，可以以更低的正向電壓來實(shí)現(xiàn)這些WLED?！　?/P>

　　2 TPS7510x：一款線性匹配獨(dú)立電流源

　　與傳統(tǒng)的固定模式和混合模式充電泵和電感升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，TPS7510x 的LDO 線性調(diào)節(jié)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如圖1 所示）具有更多優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用而言，TPS7510x 是一款上述解決方案的高效替代解決方案。由于減少或省去了許多外部部件，與其它任何替代解決方案相比，TPS7510x 實(shí)現(xiàn)了更多的成本節(jié)約。這不但減少了材料清單成本，而且還降低了放置更多組件所需的額外生產(chǎn)成本?！　?/P>

　　　圖1 線性匹配電流源(TPS7510x)　　

　　組件數(shù)量減少的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)解決方案尺寸的縮小。由于TPS7510x 并不需要外部組件，因此整套解決方案的尺寸剛好降至IC 尺寸的大小，對(duì)于采用WCSP 封裝的IC 尺寸而言為1.44mm2。TPS7510x 的第三個(gè)優(yōu)點(diǎn)是近乎所有的輸入電流（99%）將用于驅(qū)動(dòng)LED；電流不會(huì)在充電泵電容器或升壓電感器上發(fā)生損耗。這一節(jié)能架構(gòu)使電池放電壽命的平均效率提高了87% 以上。對(duì)于一個(gè)額定電壓為3.6V 的電池而言，該解決方案的效率一般都高于99%?！　?/P>

　　LDO 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最大的一個(gè)缺點(diǎn)就是LED 的正向電壓局限于輸入電壓與壓降之差（一般為30mV，最大值為100mV）。由于現(xiàn)在有許多白光LED 可供選擇，手機(jī)解決方案中使用的LED 電流電平(3mA–10mA) 產(chǎn)生的正向電壓一般為3V 或更低，因此這一局限性不再是這一解決方案的一個(gè)主要缺點(diǎn)。另外一個(gè)被充分證明的缺點(diǎn)就是線性解決方案的局限性，線性解決方案只能應(yīng)用于并聯(lián)LED 結(jié)構(gòu)。串聯(lián)結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)單節(jié)鋰離子電池應(yīng)用對(duì)正向電壓提出太高的要求。因此，TPS7510x 解決方案只能用于并聯(lián)LED 結(jié)構(gòu)?！　?/P>

　　3 固定升壓充電泵

　　對(duì)于使用一個(gè)固定升壓充電泵（見圖2）的應(yīng)用而言，其輸出將被升壓至一個(gè)固定電壓，同時(shí)LED 電流經(jīng)過調(diào)節(jié)流過每一個(gè)電阻器。由于充電泵器件較低的成本，這種方法的成本相對(duì)較低，但是LED 電流匹配和效率可能會(huì)很低（電池放電的平均效率為43%）。充電泵一個(gè)比較重要的優(yōu)點(diǎn)在于其降低了LED 正向電壓對(duì)電源電壓（數(shù)伏電源軌以內(nèi)）的依賴程度。盡管充電泵能產(chǎn)生足夠高的電壓來驅(qū)動(dòng)串聯(lián)的多個(gè)LED，但是其效率非常低且成本高昂，因此這一解決方案一般只限用于并聯(lián)LED 結(jié)構(gòu)。　　

　　圖2 固定升壓充電泵(REG710)

　　在此類型的應(yīng)用中，TPS7510x 不但實(shí)現(xiàn)了效率提升，而且還通過減少整體部件的數(shù)量實(shí)現(xiàn)了成本節(jié)約，但是卻局限于低于電源電壓的正向電壓?！　?/P>

　　4 混合模式充電泵

　　對(duì)于使用一個(gè)混合模式充電泵（如圖3 所示）的應(yīng)用而言，其輸出電壓經(jīng)過調(diào)節(jié)，使每一個(gè)LED 上流過一個(gè)恒定電流。由于這一類型解決方案所使用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這些IC 的LED 電流源能實(shí)現(xiàn)很好的匹配。但是由于正向電壓的不匹配，實(shí)際的匹配程度會(huì)有所降低。這些電路的效率非常高（電池放電時(shí)平均效率為70%），并且允許正向電壓高于輸入電壓。

　　圖3 混合模式充電泵(TPS60231)　　

　　在這些應(yīng)用中，TPS7510x 在成本和效率方面有了極大的改善。充電泵電路一般都需要配置一個(gè)或兩個(gè)開關(guān)電容器，以及用于保持穩(wěn)定性的輸入和輸出電容器。正如前面所述，TPS7510x 減少了組件數(shù)量，從而減小了解決方案的尺寸，同時(shí)降低了成本。相對(duì)于混合模式充電泵解決方案，線性解決方案的劣勢(shì)在于LED 正向電壓（凈空電壓）的局限性。然而，混合模式充電泵解決方案可以和相同LED 電壓很好地匹配；無論LED 正向電壓如何變化，TPS7510x 都可實(shí)現(xiàn)完美匹配。　　

　　5 電感升壓　　

　　對(duì)于使用（大部分情況下用于驅(qū)動(dòng)一個(gè)串聯(lián)LED 串）一個(gè)電感升壓轉(zhuǎn)換器（如圖4 所示）的應(yīng)用而言，流經(jīng)LED 串上每一個(gè)LED 的電流為同等大?。ɡ硐腚娏髌ヅ洌?。在使用充電泵解決方案的情況下，可以使用正向電壓高于電源電壓的LED。在僅有一個(gè)LED 驅(qū)動(dòng)線路可選用的應(yīng)用中（如翻蓋手機(jī)的背光照明LCD 模塊），電感升壓轉(zhuǎn)換器一般（有時(shí)為唯一可選）為最佳解決方案。

　　圖4 電感升壓(TPS61061)　　

　　在由電感開關(guān)引起電磁干擾(EMI) 的其他應(yīng)用中會(huì)出問題，線性TPS7510x 就是一款高效且噪聲極低的解決方案。另外，通過除去電感、輸出電容器或反饋電阻器實(shí)現(xiàn)的成本節(jié)省更具現(xiàn)實(shí)意義。

　　隨著白光LED 在移動(dòng)手持終端更廣范圍內(nèi)的應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)這些LED 不會(huì)再僅僅局限于一款高電壓、高電流解決方案。如今，這些解決方案不僅隨著這些器件應(yīng)用的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)，而且還隨著這些應(yīng)用而不斷演變。最近問世的更高亮度和更高效率的LED 可以通過更低的電流來驅(qū)動(dòng)，這也開創(chuàng)了使用線性電流源的新型解決方案。該解決方案實(shí)現(xiàn)了最低的成本、最少的組件數(shù)量以及最小的外形尺寸，是移動(dòng)手持終端應(yīng)用的理想選擇。