便攜式應用LED驅(qū)動器的選擇與設計

白光LED廣泛用于小型液晶顯示器(LCD)面板、鍵盤背光以及指示器應用。高亮度LED則用于手機和數(shù)位相機的閃光光源。這些應用需要最佳化的驅(qū)動器解決方案，能夠延長電池使用時間、減小印制電路板(PCB)面積及高度。在這些應用領域，常見的LED驅(qū)動器方案涉及線性、電感型或電荷泵型不同拓撲結構，各有其特點。例如，電感型方案總效能最佳；電荷泵方案由于使用低高度陶瓷電容，佔用的電路板面積和高度極??；線性方案非常適合色彩指示器以及簡單的背光應用。安森美半導體提供所有這三種類型拓撲結構的LED驅(qū)動器方案(參見圖1)，滿足用戶不同的應用需求。


圖1：低壓可攜式裝置應用的不同LED驅(qū)動器拓撲結構示例

在電荷泵型方案方面，安森美半導體提供支持不同調(diào)光類型的產(chǎn)品，如單模、雙模、三?；蛩哪ｋ姾杀梅桨傅?，如CAT3200、NCP5602、NCP5612、NCP5623、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3603、CAT3604、CAT3614、NCP5603等。以NCP5623為例，這是一款采用2.0 mm×2.0 mm×0.55 mm LLGA-12無鉛封裝的高效能LED驅(qū)動器，帶有I2C接口，內(nèi)置漸進調(diào)光功能，特別設計用于驅(qū)動手機等可攜式產(chǎn)品中的RGB LED裝飾光和增強型LCD背光。NCP5623實現(xiàn)94%峰值效能和低于1微安的待機電流，將可攜式裝置電池工作時間延至最長。對典型應用而言，該組件除了具備極小型IC封裝的優(yōu)勢之外，兼具僅需4個被動組件就能工作的特點。該組件還具備短路和過電壓保護功能，在LED失效時保護系統(tǒng)。

值得一提的是，安森美半導體還提供多款四模電荷泵型LED驅(qū)動器，如CAT3636、CAT3637、CAT3604V、CAT3643、CAT3644、CAT3647、CAT3648和NCP5604A/B等。以CAT3648為例，這是安森美半導體的一款擁有專利的高效能四模(Quad-Mode?)自適應分數(shù)型(fractional) LED驅(qū)動器，能以25 mA電流驅(qū)動多達4顆LED(見圖1)，效能高達92%。此種四模驅(qū)動器提供1x、1.33x、1.5x和2x四種模式，與提供1x、1.5x和2x三種模式的大多數(shù)電荷泵型驅(qū)動器相比，效能高10%，且無需額外電容，將LED驅(qū)動器性能提升到新的水平。這些驅(qū)動器適合在低電壓可攜式裝置小尺寸LCD背光、LED閃光應用中驅(qū)動白光LED。

在電感升壓型方案方面，安森美半導體提供采用PWM調(diào)光方式的不同產(chǎn)品，如輸出電流在20 mA到50 mA之間的CAT32、CAT37、CAT4137、CAT4139、CAT4237、CAT4238和NCP5005、NCP5010，以及提供更大輸出電流的CAT4240(250 mA)、NCP5050(600 mA)和NCP1422(800 mA)等。這些電感升壓型驅(qū)動器適合在低電壓可攜式裝置背光和閃光應用中驅(qū)動白光LED。

在線性背光驅(qū)動器方案方面，安森美半導體提供2到4個通道的多款單模LED驅(qū)動器，如CAT4002A、CAT4002B、CAT4003B、CAT4004A和CAT4004B等。這些背光驅(qū)動器提供32級調(diào)光控制，提供25 mA的固定或可調(diào)節(jié)輸出電流和低于1 μA的極低關閉電流，而且沒有開關電源噪聲問題。這些單模LED驅(qū)動器通常作為系統(tǒng)級方式的一部分，用于設計整合低電壓LED和簡單LED驅(qū)動器的背光電路。這些驅(qū)動器電路簡單，幫助延長電池使用時間、降低成本(如節(jié)省外部電容)及降低噪聲，為入門級可攜式產(chǎn)品及低成本手機市場提供一種簡單的方案。

圖2：CAT4002B應用電路圖

專門用于相機閃光的LED驅(qū)動器方案

值得一提的是，在相機閃光應用中，除了可以使用NCP5005和CAT4134這樣的電感升壓型驅(qū)動器，還可以使用NCP5680和CAT3224這樣的電荷泵型驅(qū)動器，從而支持高百萬像素相機閃光，以及替代氙氣閃光，配合纖薄設計。其中，NCP5680和CAT3224均是以超級電容為基礎的LED驅(qū)動器，分別可提供10 A和4 A的大閃光電流。

實際上，如今的500萬畫素或更高分辨率的相機為了在弱光下拍得高分辨率的照片，需要高亮度的閃光。當今的白光LED能夠提供這個等級的光能，但需要比相機電池能提供的能量高出近400%。以安森美半導體的NCP5680為例，此組件配合電池管理一顆超級電容來驅(qū)動LED閃光至充分亮度，提供達10 A的大峰值電流。NCP5680中的整合驅(qū)動器還管理超級電容，處理其它峰值功率功能，如變焦、自動對焦、音訊、視訊、無線傳輸、GPS數(shù)據(jù)讀取及射頻(RF)放大，延長電池使用時間而不放棄纖薄型設計。NCP5680整合了超級電容充電、涌入電流管理和LED電流控制所需的全部電路，節(jié)省設計人員的開發(fā)時間、電路板空間及元器件成本。

圖3：業(yè)界首款單芯片4 A超級電容LED驅(qū)動器CAT3224應用電路圖

CAT3224則是業(yè)界首款4 A單芯片超級電容LED驅(qū)動器(見圖3)，整合了雙模1x/2x電荷泵，提供三項關鍵功能：精密的超級電容充電控制、電流放電至LED閃光的管理，以及為LED手電筒模式提供恆流。這三種模式的工作電流能以3顆外部電阻來簡易設定，能吸收達4 A的LED閃光脈波電流。超級電容技術的高峰值電流優(yōu)勢，結合CAT3224簡單的并列邏輯接口，使此組件成為采用LED替代氙氣燈應用的極佳選擇。

其它新穎LED驅(qū)動/控制器

在低電壓可攜式裝置應用方面，除了上述LED驅(qū)動器，安森美半導體還提供其它一些新穎的產(chǎn)品，如NCP5890和CAT3661。其中，NCP5890是一款獨特的照明管理集成電路(LMIC)，在3 mm x 3 mm x 0.5 mm的極小型封裝中整合了液晶顯示器(LCD)背光、裝飾光控制和環(huán)境光感測功能。

眾所周知，當今的可攜式電子產(chǎn)品很流行較大的LCD屏幕和LED照明效果。為了滿足所有這些照明要求，硬件設計人員通常需要采用數(shù)個LED驅(qū)動器。由于電路板空間有限，要實現(xiàn)更高級的照明效果，通常需要大量的軟件編程和微控制器(MCU)資源。安森美半導體提供NCP5890這種更簡單的單芯片硅解決方案，具有多種以指令控制實現(xiàn)的照明效果，幫助硬件設計工程師滿足他們特定的照明和電源設計目標。此款照明管理IC具有30 V輸出電壓能力，驅(qū)動串行LED，實現(xiàn)對LCD屏幕的均衡背光。此外，此組件控制三組白光 LED或RGB LED，在鍵盤或底盤上營造出裝飾光圖案，與背光形成獨特的組合。此驅(qū)動器還根據(jù)環(huán)境光的亮度來調(diào)節(jié)背光電流，從而延長電池使用時間。NCP5890是緊湊型智能型手機等應用的專用解決方案。

圖4：針對扣式電池最佳化的CAT3661 LED驅(qū)動器應用電路圖

如今，越來越多的創(chuàng)新型可攜式裝置采用扣式電池(coin cell)供電，如醫(yī)療應用中的血糖儀、數(shù)字體溫計、血氧計、呼吸分析儀和生理監(jiān)測儀等。由于這種電池的獨特功能以及需要長工作壽命，這些緊湊型應用需要訂制的LED驅(qū)動器，不僅要管理背光，還要監(jiān)測電池電量。在此類應用中，可以采用安森美半導體計劃于2010年下半年推出的CAT3661 2至2.5 V單LED驅(qū)動器。此組件同樣采用安森美半導體專利的四模(Quad Mode)電荷泵架構，效能高達92%，靜態(tài)電流低至約150 μA，提供可調(diào)節(jié)的低電池電量檢測功能