LDO改善白光LED電流匹配

白光發(fā)光二極管（LED）在各種照明應用中越來越受歡迎，例如手持電子設備中的手電筒和顯示器背光。它們提供比白熾燈泡更白的光，并且消耗更少的功率。它們比熒光燈管更容易使用。當組合時，白光LED可能不匹配。低成本線性穩(wěn)壓器（LDO）可以顯著改善匹配，即使與不同的LED也是如此。

自幾年前發(fā)明以來，白光發(fā)光二極管（LED）一直在穩(wěn)步普及。由于它們提供比白熾燈泡更白的光，并且比熒光燈管更易于使用，因此它們在各種照明應用中穩(wěn)步獲得市場份額，例如手持電子設備中的手電筒和顯示器背光。然而，白光LED存在自己的一系列技術問題。

使用白光LED時最明顯的問題是它們的匹配有點差。例如，白光LED的正向電壓規(guī)格（20mA時的Vf）可能為最小值3.0V，典型值為3.5V，最大值為4.0V。顯然，恒壓源不是解決方案，因為在給定電壓下，電流會因單元而異。實現(xiàn)匹配亮度的推薦方法是以相同的電流驅動每個LED，但這可能很昂貴。大多數(shù)應用僅使用固定偏置電壓和鎮(zhèn)流電阻，如圖1所示。

圖1.大多數(shù)應用只需使用固定偏置電壓（本例中為5V）和鎮(zhèn)流電阻（本例中為75Ω）即可實現(xiàn)近似白光LED亮度匹配。

如圖1所示的電路通?？蓪崿F(xiàn)相當好的亮度匹配。然而，正如大多數(shù)參與大規(guī)模生產的人所知道的那樣，一個接一個地從裝配線上出來的產品表現(xiàn)出相當一致的特性，但在生產過程中，可能會出現(xiàn)大量的批次差異。當然，這適用于白光LED。通常，生產難題隨之而來，其中需要對每批新LED進行表征并選擇不同的鎮(zhèn)流電阻值。如果使用多個白光LED供應商，問題將進一步加劇。為了證明這一點，使用圖1所示電路購買和測試了來自三家制造商的三家白光LED。品牌A是從領先的白光LED制造商那里購買的，LED裝在一個小塑料袋里。品牌 B 是從 2 購買的德·領先的白光LED制造商，LED以磁帶形式到達。C品牌，從較小的制造商，在當?shù)氐囊患译娮由痰曩徺I，LED是單獨包裝的。結果如表1所示。

從表1的“Stdev”標準差列可以看出，每個品牌內的匹配度都相當不錯。品牌A和品牌B表現(xiàn)出非常好的匹配。正如預期的那樣，C品牌的獨立封裝LED的匹配要寬松得多。品牌內匹配的品質因數(shù)0.54mA是通過取標準差的平均值獲得的。

從表1的“平均”平均值列可以看出，品牌與品牌的匹配相當差。品牌A消耗最多（平均24.6mA），而品牌B消耗最少（平均18.3mA）。品牌與品牌匹配的品質因數(shù) 3.27mA 是通過取平均值的標準差獲得的。

如前所述，調節(jié)單個LED電流或至少一個LED電流的解決方案將在產品的制造壽命內提供更好的批次間和品牌間匹配。然而，這些解決方案通常需要相當昂貴的IC。值得慶幸的是，如果成本比完美匹配更值得關注，那么廉價的低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器可以提供足夠的優(yōu)勢，避免每批新LED調整鎮(zhèn)流電阻值。圖2顯示了如何在介于電壓和電流調節(jié)模式中使用LDO，該模式根據(jù)其中一個LED的正向電壓自動改變偏置電壓。

圖2.通過添加廉價的LDO使偏置電壓自動可變，白光LED批次間和/或品牌間變化的亮度匹配將得到顯著改善。

為了證明圖2的優(yōu)勢，再次測試了來自三家制造商的相同三個LED，結果如表2所示。雖然在品牌內匹配方面略有妥協(xié)（0.77mA，表1為0.54mA），但品牌間匹配提高了340%（0.96mA，表1為3.27mA）！

注意，圖2中的LDO需要是外部可調類型，例如MAX8863，其反饋門限為1.25V（V設置).此外，由于LDO具有關斷引腳，因此增加小型SOT23封裝LDO的尺寸和成本被部分抵消，因此圖1中的N溝道FET不再需要用于開/關或PWM調光控制。LDO還具有其他優(yōu)點，例如LED短路保護、更寬的輸入電源電壓范圍，以及在5V電源由其他電路共享的情況下的PSRR。此外，A品牌LED不再“熱”運行，從而減少了功耗壓力問題。

圖3顯示了如何修改圖2中每個LED的15mA電流，這是大多數(shù)使用表面貼裝白光LED的便攜式背光應用的要求。MAX8863支持多達8個LED，每個LED電流為15mA。由于LED的正向電壓和鎮(zhèn)流電阻兩端的電壓在15mA時較小，因此最小輸入電壓也較低。

圖3.MAX8863 LDO可以驅動1至8個白光LED，每條LED的電流為15mA，無論LED批次間或品牌間差異如何，亮度匹配良好。

審核編輯：郭婷