白光LED驅(qū)動(dòng)器

   1、  白光LED驅(qū)動(dòng)器的要求

    驅(qū)動(dòng)器可以看作是向白光LED供電的特殊電源，可以驅(qū)動(dòng)正向壓降為3.0~4.3V的白光LED，并根據(jù)需要驅(qū)動(dòng)串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)的多個(gè)白光LED，滿足驅(qū)動(dòng)電流的要求。對(duì)驅(qū)動(dòng)器的主要要求如下：

①     為滿足便攜式產(chǎn)品的低電壓供電，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)有升降壓功能，以滿足1~3節(jié)充電電池或1節(jié)鋰離子電池供電的要求，并要求工作到電池終止放電電壓為止。

②     驅(qū)動(dòng)器應(yīng)有高的功率轉(zhuǎn)換效率，以提高電池的壽命或兩次充電之間的時(shí)間間隔。目前高的可達(dá)80%~90%，一般可達(dá)到60%~80%。

③     在多個(gè)白光LED并聯(lián)使用時(shí)，要求各白光LED的電流相匹配，使亮度均勻。

④     功耗低，靜態(tài)電流小，并且有關(guān)閉控制功能，在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)一般靜態(tài)電流應(yīng)小于1μA。

⑤     白光LED的最大電流I_LED可設(shè)定，使用過程中可調(diào)節(jié)白光LED的亮度（亮度調(diào)節(jié)）。

⑥     有完善的保護(hù)電路，如低壓鎖存、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、輸出開路或短路保護(hù)。

⑦     小尺寸封裝，并要求外圍組件少而小，使所占印制板面積小。

⑧     對(duì)其他電路的干擾影響小。

⑨     使用方便，價(jià)位低。

    2、  驅(qū)動(dòng)器的分類

    從供電電壓的高低可以將驅(qū)動(dòng)器分成三類：由電池供電，電壓一般低于5V，主要用于便攜式電子產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)小功率及中功率白光LED，它主要采用升壓式 DC/DC變換器或升壓式（或升降壓式）電荷泵變換器，少數(shù)采用LDO電路的驅(qū)動(dòng)器；大于5V供電，如6V、9V、12V、24V（或更高），由穩(wěn)壓電源或蓄電池供電，它主要用降壓式可升降壓式DC/DC變換器；直接由市電（110V或220V）或相應(yīng)的高壓直流電（如40~400V）供電，主要用于驅(qū)動(dòng)大功率白光LED，采用降壓式DC/DC變換器驅(qū)動(dòng)電路。

    過去認(rèn)為有電感的升壓式DC/DC變換器可輸出較大的電流。近年來，電荷泵式驅(qū)動(dòng)器可輸出的電流已從幾百毫安上升到1.2A，并且兩者在轉(zhuǎn)換效率上也不相上下。對(duì)于采用LDO電路的驅(qū)動(dòng)器，無需外圍組件及價(jià)位低是它的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率略低，并且電池往往不能用到終止放電電壓就要充電。這種驅(qū)動(dòng)器主要用于1節(jié)鋰離子電池的場(chǎng)合，并需用正向電壓低的白光LED。可以用作白光LED驅(qū)動(dòng)電源的集成器件品種較多，大致分為恒流源、電荷泵和開關(guān)電源三種類型。

（1）       恒流源

    絕大多數(shù)LCD背景照明裝置都配有亮度控制器以便使用中根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。由于LED的光子發(fā)射源于電子、空穴對(duì)的復(fù)合，故其發(fā)射速率以及發(fā)光強(qiáng)度均與LED的正向電流成比例。為此，可控恒流源應(yīng)是實(shí)現(xiàn)亮度控制最簡(jiǎn)單的方案。但因白光LED的“色溫”也與工作電流直接有關(guān)，這類控制方案會(huì)使光源在整個(gè)亮度調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的顏色一致性變得很差，故而僅能用于按鈕照明之類對(duì)于顏色保真度要求很低的場(chǎng)合。LCD背光裝置則大多采用PWM電源為L(zhǎng)ED供電，以避免這一“色偏”問題。

    從實(shí)用的角度來看，對(duì)于電源電壓較高的車載設(shè)備，由于多個(gè)白光LED可以串聯(lián)使用，所以采用配有脈寬調(diào)制器的集電極開路（OC）或電流鏡輸出級(jí)即可構(gòu)成簡(jiǎn)單的LED驅(qū)動(dòng)器。

    在電源電壓較為有限的應(yīng)用場(chǎng)合，多個(gè)白光LED只能以并聯(lián)方式工作。此時(shí)，按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，通常需為每只白光LED配備獨(dú)立的限流電阻，借以克服白光 LED正向壓降一致性差以及不可直接并聯(lián)工作的弊端。不過目前多已改用集成恒流源為白光LED供電，可以消除電源電壓變動(dòng)所造成的不利影響。 MAX1916和LX1190是兩種較為常見的恒流源集成電路。{{分頁}}

（2）       電荷泵

    白光LED的正向壓降可以高達(dá)4V，但是目前的大量手持電子設(shè)備多以單一鋰電池供電，此時(shí)已經(jīng)無法再由設(shè)備電源直接驅(qū)動(dòng)白光LED而必須借助于各類電源變換器件?？梢杂米靼坠釲ED驅(qū)動(dòng)器的電源變換器件包括不少種類，其中應(yīng)以電壓輸出型電荷泵電路最為簡(jiǎn)單。此類典型的器件有LM3354型開關(guān)電容變換器，其電源電壓范圍為2.5~5.5V，輸出電壓有一系列標(biāo)稱值可供選擇，用作白光LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)應(yīng)選擇4.1V標(biāo)稱輸出電壓。LM3354的開關(guān)工作頻率為 1MHz，故而可以采用較小的開關(guān)電容器。LM3354的最大輸出電流為90mA，帶有片內(nèi)過熱保護(hù)電路，靜態(tài)電流與關(guān)斷狀態(tài)電流分別為475μA和 5μA?？刂瓢坠釲ED亮度的脈寬調(diào)制信號(hào)可由器件的判斷控制（SD）端送入，其重復(fù)頻率應(yīng)在60Hz以上，以免LED產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象；但也不宜超過 200Hz，以保證開關(guān)電容器具有足夠的放電時(shí)間。

    白光LED以恒流源供電有利于抑制電源電壓變動(dòng)所造成的不利影響，目前也確有不少電流輸出型電荷泵電路可供選用。LTC3200的反饋閾值電壓則可由“引腳編程”方式設(shè)定為200mV、400mV或600mV(第四種編程組態(tài)為“關(guān)斷”)，若以PWM信號(hào)令其間歇進(jìn)入關(guān)斷狀態(tài)，便可平滑調(diào)節(jié)白光LED的亮度而不致產(chǎn)生明顯的“色偏”。LTC3200的工作頻率為1.5MHz，電源電壓為2.7~4.5V時(shí)，最大輸出電流為125mA，可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)八只白光 LED。LTC3200-5電壓輸出型電荷泵集成器件與LM3354的結(jié)構(gòu)相似，但體積較為小巧，而且僅需一個(gè)開關(guān)電容；工作電壓為3~4.4V，工作頻率為2MHz，輸出電流可達(dá)100mA；唯其5V額定輸出電壓偏高，因而限流電阻的壓降亦偏大，對(duì)整體電源變換頻率有一定的影響。

    SC600電壓輸出型電荷泵集成器件包括4~4.5V/120mA與4.5~5V/60mA多種輸出規(guī)格，電源電壓范圍為2.7~6.5V，利用“引腳編程”方式切換工作頻率，在8~650kHz范圍內(nèi)共分四擋，由此可以調(diào)整輸出電流。其最大的特色在于電源電壓超過某個(gè)閾值時(shí)會(huì)自動(dòng)切換內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)以取得更高的電源變換頻率。該閾值具有80mV的“回差”，以防切換過于頻繁而造成較大的輸出紋波。

    電流輸出型電荷泵LM2794以電流鏡作為輸出級(jí)，因而可以省去限流電阻，但會(huì)增加器件的功耗。LM2794具有四路電流輸出，每路為20mA。若欲調(diào)整白光LED的亮度，仍可在其關(guān)斷控制端加入脈寬調(diào)制信號(hào)，也可采用引入外部電流的方式改變其反饋閾值。該器件的電源電壓范圍為2.7~5.5V，電壓超過 4.7V時(shí)會(huì)自動(dòng)切換內(nèi)部電路，改以“直通”方式工作。該切換閾值也有250mV左右的回差以防輸出紋波惡化。值得一提的是，該器件的外形尺寸僅為2mm