線性匹配獨立電流源和傳統(tǒng)白光LED驅動器解決方案

　　1 引言

　　早先的手機用廉價的彩色發(fā)光二極管(LED)作為鍵盤照明和單色液晶顯示器(LCD)背光源。隨著LED技術的不斷發(fā)展，手機鍵盤照明采用藍色和白色發(fā)光二極管。白光LED(WLED)是藍光LED加特殊熒光粉來達到產生白光的效果。由于WLED可以使LCD顯示器顯示全彩色光譜，因此，WLED是目前手機中占主導地位的背光源。除了全彩LCD背光源，WLED還可用于鍵盤、軌跡球和控制按鈕照明、照相機閃光燈和手電筒。

　　第一代WLED需要較高的正向電壓(>4.2 V)和正向電流(>20 mA)，以實現手機應用必需的光度或亮度。這些電壓通常高于電池電壓，并需要驅動IC來提升LED電源電壓。由于WLED需要大電流，因此往往是手機主要的耗電項。出于降低功耗并提高電池壽命的目的，采用更先進的WLED工藝技術，降低了生產成本，生產更廉價的WLED，只需較小電流即可實現理想的亮度。由于這類WLED的正向電流已經很小(10 mA)，因此工作時所需的正向電壓也低。

　　2 TPS7510x線性匹配獨立電流源

　　TPS7510x本身固有的LDO線性穩(wěn)壓器拓撲(圖1)優(yōu)于傳統(tǒng)的同定模式、混合模式電荷泵以及電感升壓型轉換器拓撲。在許多應用中，TPS7510x可以替代上述設計方案。在所有可供選擇的設計方案中，TPS7510x能減少或省去許多外部元件，成本明顯降低。這樣不僅限制了物料成本，而且降低了額外元件造成的其他制造成本。

　　減少元件數量的另一個優(yōu)點是可減小解決方案的尺寸。由于TPS7510x無需外部元件，因此解決方案的整體尺寸減小到與IC大小差不多的尺寸，即1.44 mm2(WCSP封裝)。TPS7510x的第3個優(yōu)點是，幾乎所有的輸入電流(99％)都能驅動LED；電荷泵電容或升壓電感不消耗電流。這種省電架構可將電池放電周期內的平均效率提高至87％。電池額定電壓3.6 V時，該解決方案的效率通常大于99％。
　　而LDO拓撲最大的劣勢在于LED的正向電壓被限制在輸入電壓減去壓降(典型值30 mV，最大值100 mV)。由于如今可采用多個白光LED，其正向電壓通常等于或小于3 V，正向電流等于或小于移動解決方案中的LED電流(3 mA～10 mA)，因此這種限制已不再是主要弊端。線性解決方案第二個已被證實的局限是，只能用于并聯LED配置。采用串聯配置時標準單節(jié)鋰離子電池應用則需大的正向電壓。TPS7510x解決方案僅限于并聯LED配置。

　　3 固定升壓型電荷泵

　　在需要固定升壓型電荷泵的應用中(圖2)，輸出電壓提高到一個固定值且LED電流通過個別電阻調節(jié)。這種方案由于采用低成本電荷泵因而價格相對低廉，但LED電流匹配性和效率較差(在電池放電周期內平均效率為43％)。電荷泵的一個關鍵優(yōu)勢是減小LED正向電壓對電源電壓(通常正向電壓比電源電壓要稍小)的依賴程度。但是，由于電荷泵產生的電壓大到足以驅動多個串聯LED，效率低且成本高，因此這種解決方案僅限于并聯配置。

　　TPS7510x針對上述應用提供了一個高效升壓解決方案，減少了元件數量，降低了成本，但這僅限于正向電壓低于電源電壓的情況。

　　4 固定模式電荷泵

　　在混合模式電荷泵應用中(圖3)，通過調節(jié)輸出電壓使流經每個LED的電流保持恒定。這些IC的LED電流源匹配良好，這是由該解決方案的拓撲決定的。但是，由于正向電壓不匹配，因此實際匹配情況并非理想。這些電路的效率為中等水平(電池放電周期內的平均效率為70％)，允許正向電壓大于電源電壓。

　　在這些應用中TPS7510x可明顯降低成本，提高效率。充電泵電路通常需連接一只或兩只開關電容以及輸入和輸出電容才能穩(wěn)定工作。如上所述，采用TPS7510x可減少元件數，減小解決方案尺寸并降低成本。相對于混合模式電荷泵解決方案而言，線性解決方案的缺點是LED正向電壓(凈空電壓)受限。然而，在LED電壓相同的情況下，混合模式電荷泵解決方案卻能很好的協(xié)同工作；不論LED正向電壓如何變化，TPS7510x均能匹配良好。

　　5 電感型升壓轉換器

　　在電感型升壓轉換器應用(最常見的是用于驅動串聯LED)中，如圖4所示，流過每一串聯LED的電流相等(理想的電流匹配)。對于電荷泵解決方案，允許使用正向電壓大于電源電壓的LED。在某些應用如翻蓋式手機的背光LCD模組中，只有一個LCD驅動線，電感型升壓轉換器則是最佳(有時甚至是唯一可行)的解決方案。

　　在某些應用中，感應式交換機可產生電磁干擾(EMI)，引發(fā)新問題，此時可選用用高效、超低噪聲的線性TPS7510x。還可省去電感、輸出電容或反饋電阻，降低成本，性價比高。

　　6 結束語

　　隨著白光LED在手機中廣泛應用，驅動這些LED不再局限于單一的高電壓、大電流的解決方案。器件的廣泛應用也推動了解決方案的多樣化。而最近問世的亮度更高、效率更高的白光LED只需較小電流就能驅動，從而研發(fā)出一個采用線性電流源的新解決方案。該方案成本最低、元件數最少、尺寸最小，非常適合手機應用。