基于白色LED驅(qū)動器的串聯(lián)與并聯(lián)驅(qū)動方式解析

隨著像手機，PDA、DSC、GPS等數(shù)碼及便攜式產(chǎn)品的迅猛發(fā)展，以及液晶顯示器的制造技術的日臻完善。彩色的LCD顯示屏越來越成為數(shù)碼及便攜式產(chǎn)品的重要部件。彩屏的手機，PDA等也越來越受人們的喜歡和青睞。彩色LCD顯示屏要盡顯色彩則需要用白色光作為背光。小型彩色LCD顯示屏采用白色的LED作背光源是最理想的，這是由于它有電路簡單，占空間小，效率高，價格低及壽命長的特點。而白色LED的正向壓降VF比一般的有色LED高，VF=3∽4V。白色LED背光電源一般有數(shù)個白色的LED組成，如手機，數(shù)碼相機一般僅需2到4個白色LED，而PDA則根據(jù)其顯示屏的面積，需要3到6個。對背光源的要求是：要滿足背光的亮度要求并且亮度均勻(不允許有某一部分較亮，另一部分較暗的情況)，亮度可以方便的調(diào)節(jié)。然而便攜式電子產(chǎn)品（如PDA，GPS，數(shù)碼相機，新一代手機等）的電池電壓一般低于3-4.2V，因此需要一個升壓式電源來驅(qū)動白色LED。

白色LED驅(qū)動器基本上有兩種驅(qū)動方式：

1) 采用升壓式電荷泵驅(qū)動電路，由于它的輸出電壓小于兩倍的輸入電壓（一般輸出電壓+5V），所以它驅(qū)動LED的方式是并聯(lián)的，如圖1-a所示；

2) 采用升壓式DC/DC變換器電路來驅(qū)動，由于它的輸出電壓從13V到28V（甚至更高），因此它驅(qū)動LED的方式是串聯(lián)的，如圖1-b所示。采用串聯(lián)方式使流過每一個LED的電流都一樣。則發(fā)光的均勻性好；而采用并聯(lián)方式受正向壓降VF的離散性的影響，在定壓供電時容易造成每個LED的電流不等而造成發(fā)光的均勻性差。雖然可以采用調(diào)節(jié)限流電阻來調(diào)節(jié)亮度。但這十分麻煩。有些廠家開發(fā)了驅(qū)動并聯(lián)的LED的IC，由于IC內(nèi)有控制各并聯(lián)的LED間電流均恒。能滿足LED亮度均勻的要求。但由于IC電路復雜，成本較高。

1-a 并聯(lián)LED驅(qū)動

1-b 串聯(lián) LED 驅(qū)動

隨著便攜式有彩色LCD顯示屏的產(chǎn)品的發(fā)展及產(chǎn)量的猛增，使新型白色LED驅(qū)動器如雨后春筍般上市。品種之多及數(shù)量之大使白色LED驅(qū)動器已形成電源IC中的一個重要分支?，F(xiàn)在便攜式產(chǎn)品也越來越便宜，竟爭越來越激烈。因此對于手機，PDA，DSC等廠家來，Cost down的壓力也較大。因此BCD公司應市場的需求，近來推出了一種低成本，高性能，恒流的，串聯(lián)型的升壓式的白光LED驅(qū)動器-AP3008。從功能、性能上能滿足LCD背光均勻等要求，從價格上能滿足客戶低成本的要求。是目前白色LED驅(qū)動器中性價比較高的產(chǎn)品。

串聯(lián)LED的特點是每一個LED的電流ILED都是一樣的，因此采用高質(zhì)量的，同一批號的LED時，其發(fā)光是較均勻的。這里以BCD公司2005年8月份推出的AP3008為例來說明其工作原理。并介紹其應用電路。

圖 2 AP3008 內(nèi)部結構框圖

AP3008的內(nèi)部結構框圖如圖2所示。AP3008為電流模式的升壓式DC-DC變換器。它由1.25V的基準，誤差放大器，1.2MHZ振蕩器和斜波發(fā)生器，電流取樣放大電路，PWM比較器，R/S觸發(fā)器，輸出驅(qū)動及功率開關管，過壓保護（OVP）等組成。

AP3008內(nèi)置了欠壓鎖定（UVLO）電路，使電路工作更可靠。具有寬的工作電壓范圍。最低工作電壓可至2.5V，最高工作電壓可至15V。

AP3008內(nèi)置了誤差放大器頻率補償網(wǎng)絡，電流環(huán)路的斜率補償電路，使電路工作更穩(wěn)定，外圍器件更少，用戶使用非常方便。

過壓保護（OVP）電路檢測PWM脈沖輸出的峰值電壓。當PWM脈沖的峰值電壓高于內(nèi)部設置的閥值電壓時，過壓保護(OVP)電路動作并使PWM開關電路 Shutdown。若使電路重新工作，可在Shutdown pin或Vin pin施加由低到高的信號即可。這種通過IC內(nèi)部監(jiān)測PWM脈沖的峰值電壓來達到OVP保護的方法優(yōu)于外部回授輸出電壓跟IC內(nèi)部設定值比較的方法。內(nèi)置 OVP功能不僅可少布一條回授線。還可確保反饋信號免受干擾。

誤差放大器同相端參考電壓為95mv，可有效地減小LED電流取樣電阻的損耗，提高輸出效率。

流過LED的電流ILED與檢測電流電阻R1及基準電壓95mv有關。它們的關系式是：

ILED=95mv/R1

ILED的電流大小一般為5 ∽ 20mA，相應的電阻R1為19∽4.7Ω。

這里特別要提出的是它的基準電壓不是直接采用1.25V，而是經(jīng)電阻分壓后取其95mv，這是一種減少損耗的措施。由圖1-b可看出流過LED的電流 ILEDX95mv是電阻上的損耗（R1上的反饋電壓為95mv），由1.25v減少到95mv(差了13倍)，即在R1上的損耗上減小了13倍。提高了轉換效率。

另由于AP3008采用的高頻36V Bipoler工藝，在耐壓上遠高于一些CMOS工藝制程制成的升壓DC/DC變換器。

圖 3

圖 4

AP3008的應用電路如圖3所示。該電路的一個特點是在輸入3.2V時，它可以驅(qū)動4個白色LED，輸出電流最大可達20mA；在輸入5V時，它可以驅(qū)動6個白色LED，輸出電流最大可達20mA，其轉換效率如圖4所示，在ILED=15mA時，效率可達83%。

減小占用印制版空間的措施

新型便攜式電子產(chǎn)品要求尺寸小，輕而薄，由白色LED驅(qū)動器組成的背光電路也要滿足這些要求，AP3008在設計上采用提高振蕩器頻率到1.2MHZ，使電感器可以采用1mm低剖面高度的貼片式元件，輸入電容，輸出電容可分別采用1uF和0.22uF的電容;另該產(chǎn)品采用 SOT23-5和TSOT23-5封裝，可使IC的高度小于1.1mm和0.9mm;可使AP 3008升壓電路所占空間和PCB板面積大大減小。