便攜式LED照明驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

　　圖3：ICON模式控制時(shí)的簡(jiǎn)單SCL與SDA連接線上的資料順序

　　線性穩(wěn)壓器/電流源方案在使用具備約3.3V較低前向電壓的叢集式LED時(shí)，可選擇線性穩(wěn)壓器來(lái)提供驅(qū)動(dòng)電流。與切換式轉(zhuǎn)換器比較，線性穩(wěn)壓器具備較低成本及較低的電磁干擾，因?yàn)榫€性穩(wěn)壓器只需在驅(qū)動(dòng)晶片的周邊加入幾顆電阻，同時(shí)無(wú)需使用切換式元件，但這類(lèi)解決方案的缺點(diǎn)是較窄的有效電池電壓運(yùn)作范圍，圖4顯示了使用NUD4301低壓降線性穩(wěn)壓器做為兩顆LED驅(qū)動(dòng)電路的情況，依標(biāo)準(zhǔn)0.2V壓降以及3.3V的LED前向電壓考慮，穩(wěn)壓器將在電池電壓低于3.5V時(shí)離開(kāi)穩(wěn)壓模式并進(jìn)入飽和模式，這將造成穩(wěn)壓器輸出電流大幅下滑同時(shí)LED亮度開(kāi)始變暗，不過(guò)如果最低電池電壓是在可接受的范圍，那么線性穩(wěn)壓器還是小型LCD面板最具成本效益的背光解決方案。

　　圖4：采用線性穩(wěn)壓器NUD4301做為推動(dòng)小型LCD面板背光的兩顆LED驅(qū)動(dòng)電路

　　行動(dòng)照明應(yīng)用

　　臨時(shí)照明手機(jī)所提供的LED照明功能普遍被認(rèn)為是相當(dāng)精妙的設(shè)計(jì)，這可以由許多手電筒現(xiàn)在都由數(shù)顆低功率LED組成，并透過(guò)20mA到60mA較低電流推動(dòng)的趨勢(shì)看出，這類(lèi)照明可做為可攜式手電筒，但它微弱的照明強(qiáng)度對(duì)支援黑暗環(huán)境下的攝影不足夠，事實(shí)上必須要有一個(gè)或更多的高功率LED才能支援1公尺或更遠(yuǎn)的拍攝照明，阻礙工程師加入高功率LED的主要原因還是成本，目前量產(chǎn)的高功率LED主要仰賴全球5大制造商供應(yīng)，不過(guò)在臺(tái)灣與韓國(guó)制造商的功率LED產(chǎn)能逐漸開(kāi)出后，預(yù)料單價(jià)將開(kāi)始下滑，同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路的成本也會(huì)隨量產(chǎn)而下降。

　　單顆高功率閃光燈驅(qū)動(dòng)電路升壓式轉(zhuǎn)換器是支援高功率LED中最高達(dá)4.9V前向電壓的必備條件，但就算是相同的LED晶片，前向電壓在不同條件下也會(huì)有所不同，當(dāng)LED溫度上升時(shí)，前向電壓可能會(huì)滑落到低于輸入電池電壓，因此就需要降壓式轉(zhuǎn)換器，技術(shù)上來(lái)說(shuō)，升降壓轉(zhuǎn)換器是推動(dòng)單顆高功率LED的最佳方案，不過(guò)這類(lèi)驅(qū)動(dòng)晶片通常成本較高，同時(shí)也需搭配會(huì)提高成本與體積的外部電感。升降壓轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)則在于較高的整體效率，主要原因是完全使用了電池的能量，同時(shí)能夠提供超過(guò)1A甚至更高的超高輸出電流，新推出的高電流充電泵驅(qū)動(dòng)電路是升降壓轉(zhuǎn)換器的一種低成本替代方案，不過(guò)充電泵轉(zhuǎn)換器的輸出電流最高大約在700mA，主要還是受到較低效率以及能夠由電池所提取的最大電流限制。

　　整合型照明管理晶片具備背光與閃光功能，部分甚至還具備RGB與其他影音功能的整合型照明管理晶片(LMIC)目前已出現(xiàn)在市場(chǎng)上，它包含了可能采用充電泵或電感式設(shè)計(jì)的升壓轉(zhuǎn)換器，每個(gè)輸出則由可調(diào)式電流源提供，這種方案在掀蓋式或滑蓋式手機(jī)中特別有用，原因是它免除了由電源管理單元拉到電話另一面所需的長(zhǎng)路徑。NCP5608是一個(gè)可以提供整體高達(dá)500mA電流，配備8個(gè)輸出的整合型充電泵驅(qū)動(dòng)晶片，它的輸出電流可以由處理器透過(guò)I2C連接埠來(lái)加以調(diào)整，同時(shí)也能夠組成不同的LED組態(tài)來(lái)滿足各種平臺(tái)的需求，請(qǐng)參考圖5。

　　目前移動(dòng)電話與PDA中最常見(jiàn)的電池為鋰離子或者鋰高分子可充電電池，采用鋰材料的可充電電池額定電壓范圍是3.6V~3.7V,工作電壓則為4.2V~3.2V,為確保能夠安全工作，這類(lèi)型的鋰電池只能夠在1C的范圍內(nèi)充電或放電，這里C由電池的額定容量所決定，例如1,000mAh的電池最高放電電流為1A,移動(dòng)電話通常使用的電池容量大約在650~1,000mAh之間。為改善電池的效能，采用不同陰極材料的新型鋰離子電池已開(kāi)始開(kāi)發(fā)。在使用這類(lèi)電池組時(shí)，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該遵守電氣規(guī)格限制并據(jù)此調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路。

　　在使用最高正向電壓為3.4V~4V的LED時(shí)，由電池提供的輸入電壓必須等于或高于所需的驅(qū)動(dòng)電壓，因此需要一個(gè)具有穩(wěn)定電流功能的升壓式轉(zhuǎn)換器來(lái)推動(dòng)以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接的LED.

　　電荷泵轉(zhuǎn)換器目前廣泛使用在LCD的背光驅(qū)動(dòng)上，與采用電感式的升壓式轉(zhuǎn)換解決方案比較，電荷泵驅(qū)動(dòng)電路由于具備較低的成本、較薄的厚度以及較低的噪聲特性而成為較佳的選擇，新推出的集成電路設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸改善電荷泵驅(qū)動(dòng)電路的效率，目前最高效率可超過(guò)93%,而平均效率則約為80%.電荷泵驅(qū)動(dòng)電路通常采1x與2x模式運(yùn)作，部分設(shè)備中則加入了1.33x與1.5x模式來(lái)改善效率，在這類(lèi)解決方案中，LED采用并聯(lián)方式連接，同時(shí)每個(gè)LED的電流由各自獨(dú)立的匹配電流源提供，最佳的驅(qū)動(dòng)芯片在相同電路中任兩個(gè)LED電流間的匹配誤差約為0.2%.

　　圖6：具備內(nèi)部開(kāi)關(guān)與時(shí)間限制保護(hù)的4.5W功率閃光燈驅(qū)動(dòng)電路

　　本文小結(jié)

大部分的功率閃光燈可能包含幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的LED或一顆高功率LED,目前拍照手機(jī)中高功率LED尚未普及的主要原因是單價(jià)較高。在部分高端移動(dòng)電話中使用了兩顆LED以便提供較高亮度的閃光燈來(lái)強(qiáng)化拍照手機(jī)的拍照效果。在拍照手機(jī)逐漸取代數(shù)碼相機(jī)的趨勢(shì)下，更高功率的閃光燈解決方案將越來(lái)越普及，從而為用戶提供真正的拍照體驗(yàn)。