電池供電產(chǎn)品的LED控制問題(1)

摘要：白光LED具有使用簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，其用量在最近幾年呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，在例攜式產(chǎn)品中被廣泛用作閃光燈、顯示器背光等。本文介紹幾種白光LED的驅(qū)動(dòng)方案。

1 概述

LED為電流驅(qū)動(dòng)器件，光輸出強(qiáng)度由流過二極管的電流決定。圖1是由電壓源和限流電阻構(gòu)成的一種簡(jiǎn)單偏置電路，流過LED的電流由下式確定：IDIODE=(VCC-VF)/[RLIM+RDS(ON)]這種方式成本較低，但不同的二極管VF（正向電壓）的參數(shù)一致。圖2、圖3表示25℃時(shí)LED的正向電壓（典型值）與導(dǎo)通電流關(guān)系曲線。從電流指標(biāo)可以看出：對(duì)于GaAsP二極管，VF可以上升到2.7V（+40%）；對(duì)于InGaN二極管，VF可以上程式到4.2V（+20%）。如果系統(tǒng)中需要多個(gè)LED，如蜂窩電話背板顯示器采用8個(gè)LED，則按照?qǐng)D1的設(shè)計(jì)方案將需要多個(gè)限流電阻，占用較大的線路板面積。

如果將Vcc增大到VF的10倍以上可以減少VF變化的影響，但耗電較大，不符合電池供電產(chǎn)品的需求。對(duì)于采用單片Li+電池供電的系統(tǒng)，Li+電池電壓的變化范圍為4.2～3V。如果LED的偏置電路只是簡(jiǎn)單的由Li+電池和限流電阻提供，輸出亮度將會(huì)產(chǎn)生明顯的變化。合理的方案應(yīng)該是采用電流偏置電路。

2 電流偏置電路

電流偏置電路實(shí)際上是用1個(gè)電流源為L(zhǎng)ED提供偏置。如果電流源具有足夠的動(dòng)態(tài)范圍，這種偏置方式將不受VF變化的影響。圖4為電流偏置方案的原理框圖。該電路將圖1中的限流電阻用電流源替代。光輸出強(qiáng)度與電源和正向電壓無(wú)關(guān)，只要有足夠的電源電壓為電流源和LED提供偏置即可。圖4中Q1為使能控制開關(guān)。

MAX1916等專用LED驅(qū)動(dòng)芯片提供了一種先進(jìn)的LED電流偏置電路。MAX1916在微型SOT23封裝內(nèi)集成了3組電流源，流過RSET的電流鏡像到3個(gè)輸出端，如圖5所示。電路中幾個(gè)相同的MOSFET具有相的柵-源電源，因此，它們的溝道電流相同，電流的大小由鏡電流ISET決定。MAX1916的電流最大失配度為±5%，“鏡像系數(shù)”為200A/A。也就是說，當(dāng)ISET為50μA時(shí)，每個(gè)輸出端的電流為10（1±0.05）mA（最大）。SET端由內(nèi)部偏置在1.25V。ISET由下式?jīng)Q定：

ISET=(Vcc-1.25V)/RSET

IOUT=200ISET，每路電流之間偏差為±5%。輸出端飽和電壓：

VOUT（SAT）=RD-S·IOUT

MAX1916的漏源電阻在整個(gè)溫度范圍內(nèi)保證不高于50Ω,一個(gè)工作電流為2mA的GaAsP二極管保證正常工作所需要的最低電壓是：VF+100mV，2.71V的輸入電壓能夠?qū)aAsP LED工作電壓保護(hù)到2.7V。為了獲得更低的壓差和更高的輸出電流，可以將MAX1916的三路輸出并聯(lián)構(gòu)成“鏡像系數(shù)”為600的電流源，如圖6所示，并聯(lián)后的漏源電阻為50/3=16.67Ω(最大值)。這種連接方式允許單個(gè)白光LED在3V供電時(shí)電流達(dá)到20mA以上，滿足目前便攜式蜂窩電話等產(chǎn)品的背光要求。用于設(shè)置端電流的電壓源可以由帶載能力較強(qiáng)的主電源單獨(dú)提供，例如，在蜂窩電話中，VSET可以由射頻（RF）電路的低噪聲+2.8V電源提供。如果直接由單節(jié)Li+電池供電，MAX1916適用于驅(qū)動(dòng)正向電壓較低的GaAsP LED，而對(duì)于正向電壓較高的InGaN白光LED則需采用其它驅(qū)動(dòng)方案。因?yàn)長(zhǎng)i+電池供電時(shí)，隨著電池的放電，輸入電壓可能無(wú)法滿足LED所要求的偏置電壓。