待機(jī)調(diào)光模式的電荷泵背光驅(qū)動(dòng)IC

摘要： 本文介紹了AP3605的性能、應(yīng)用方案及特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞： LCD顯示模塊；AP3605；背光；驅(qū)動(dòng)

　　小尺寸的LCD顯示模塊早已成為手持式數(shù)碼產(chǎn)品的重要組成部分，隨著消費(fèi)者對(duì)視覺方面要求的提高，LCD顯示模塊的設(shè)計(jì)變得越來越重要。如何在1.8寸至2.8寸的LCD屏上顯示更多的信息并提高顯示質(zhì)量達(dá)到更好的視覺效果，成為眾多手持式數(shù)碼產(chǎn)品設(shè)計(jì)者的重點(diǎn)之一。除了提高LCD屏的分辨率、減小延遲時(shí)間以及在軟件上提升之外，LCD屏的背光設(shè)計(jì)也扮演著重要角色。

　　傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，小尺寸彩色LCD屏一般采用白色LED作為背光源。1.8寸至2.8寸的LCD屏多采用1至4顆白色LED。為達(dá)到好的顯示效果，要求白色LED亮度一致，明暗可調(diào)；為保護(hù)手持式設(shè)備，要求在某些LED斷路時(shí)有保護(hù)功能，且不能影響正常的工作；為延長(zhǎng)手持式設(shè)備的待機(jī)時(shí)間，要求LED驅(qū)動(dòng)IC的靜態(tài)電流很小，工作效率很高。另外，手持式設(shè)備集成了很多功能模塊，必須減小各模塊之間的干擾從而保持整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這對(duì)白色LED驅(qū)動(dòng)IC也不例外。
　　BCD推出的AP3605是一款性能優(yōu)良的LED驅(qū)動(dòng)IC，非常適合于單節(jié)鋰電池供電，適用于多數(shù)小尺寸LCD背光設(shè)計(jì)，性價(jià)比很高。下面分別介紹AP3605的性能、應(yīng)用方案及特點(diǎn)。

AP3605

　　AP3605是電荷泵升壓模式帶恒流源的白光LED驅(qū)動(dòng)芯片，僅通過兩個(gè)1mF的陶瓷電容，AP3605實(shí)現(xiàn)了1.5倍升壓，在單節(jié)鋰電池工作范圍內(nèi)完全能驅(qū)動(dòng)4顆白色LED，比之2倍升壓模式的IC大大提高了效率。

　　AP3605具有4路恒流源，保證了并聯(lián)的4顆LED電流相等，亮度一致；通過一個(gè)外接電阻來設(shè)置恒流源的電流。AP3605支持PWM調(diào)光，調(diào)光頻率可以高達(dá)50KHz。高達(dá)1MHz的工作頻率使得AP3605僅需要1uF的輸入輸出及升壓電容，并大大減小了輸出電壓紋波。

　　AP3605的供電電壓為2.7V至5.5V，專為單節(jié)鋰電供電設(shè)計(jì)，其內(nèi)置的軟啟動(dòng)功能大大降低了啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流，可保護(hù)鋰電池，延長(zhǎng)電池壽命。圖1為其內(nèi)部功能框圖。

圖1 AP3605內(nèi)部功能框圖

AP3605背光典型應(yīng)用電路

　　圖2即是由AP3605設(shè)計(jì)的典型白光LED驅(qū)動(dòng)電路，由單節(jié)鋰電池供電，除AP3605外，僅由低成本的5個(gè)外圍器件組成。

圖2 AP3605白光LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用電路

　　輸入、輸出和升壓電容
　　推薦Cin、Cout、C1和C2使用X7R或X5R的陶瓷電容。由于AP3605的工作頻率高達(dá)1MHz，1mF的電容就足以保證AP3605輸出80mA電流來驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED。如果所需輸出電流更小，可以使用0.68mF或0.47mF的升壓電容(C1和C2)。

　　為減小輸出紋波，建議在設(shè)計(jì)PCB板時(shí)，應(yīng)優(yōu)先保證Cout緊靠AP3605對(duì)應(yīng)的引腳，其次是保證C1、C2和Cin緊靠對(duì)應(yīng)的引腳。

　　電阻RISET
　　RISET用來設(shè)定LED的電流，通過公式ILED=36.9/RISET可設(shè)定每路LED的電流。為了精確設(shè)定電流，建議使用1%或更高精度的電阻。

　　白光LED
　　AP3605最多可驅(qū)動(dòng)4顆白光LED，采用共陰極連接方式，客戶可根據(jù)屏幕大小選擇1至4個(gè)LED作為背光。當(dāng)某幾路LED不需要時(shí)，只需要將其對(duì)應(yīng)的管腳懸空即可。
　　
AP3605作為白光LED驅(qū)動(dòng)IC的重要性能

　　電流匹配
　　電流匹配是并聯(lián)式LED驅(qū)動(dòng)IC的重要性能。LED屬于電流驅(qū)動(dòng)型器件，LED的亮度同其正向電流成正比，而同樣電流下其正向壓降差異較大，因此為了保證亮度均勻，最好采用恒流驅(qū)動(dòng)。

　　如圖1所示，AP3605內(nèi)部帶有四路恒流源，用以驅(qū)動(dòng)四路LED，當(dāng)LED的正向壓降在3V至4V之間變化時(shí)，AP3605能保證不超過±3%的電流偏差，其電流匹配特性不受LED正向壓降的影響，適用于多種型號(hào)的白光LED，很好的實(shí)現(xiàn)了LED亮度的一致。

　　高達(dá)50KHz的PWM調(diào)光頻率
　　PWM調(diào)光是應(yīng)用最為廣泛的調(diào)光方式，通過調(diào)節(jié)LED亮滅的時(shí)間比例來調(diào)節(jié)亮度，由于調(diào)光頻率一般都在200Hz或以上，因此人眼感覺不到LED的亮滅，只能感覺到亮度在發(fā)生變化。在手持式數(shù)碼產(chǎn)品中經(jīng)常采用的PWM調(diào)光頻率為1KHz至10KHz。

　　采用PWM調(diào)光，不容易造成偏色，有著較好的顯示效果。但常用的調(diào)光頻率正好處在人耳能聽到的音頻范圍，容易產(chǎn)生噪音。另外，低頻率的PWM調(diào)光信號(hào)有時(shí)會(huì)導(dǎo)致CSTN屏的“水波紋”現(xiàn)象，因此最好能提高PWM的調(diào)光頻率。

　　AP3605通過內(nèi)部的Standby模塊實(shí)現(xiàn)了高達(dá)50KHz的調(diào)光頻率。而且不會(huì)引起浪涌電流。當(dāng)EN腳變低時(shí)，電荷泵的輸出Vout延遲約1.7ms再關(guān)斷，但恒流源會(huì)跟隨EN信號(hào)馬上關(guān)斷，LED電流變?yōu)?；而當(dāng)EN信號(hào)為高時(shí)，恒流源會(huì)跟隨EN信號(hào)馬上打開，由于Vout仍正常工作，LED電流立即變?yōu)?0mA。因此當(dāng)PWM的調(diào)光頻率高于1KHz時(shí)，AP3605能通過EN信號(hào)直接快速的調(diào)節(jié)LED電流，從而實(shí)現(xiàn)高頻率PWM調(diào)光。

　　AP3605的待機(jī)調(diào)光模式有如下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
　　
　　·高達(dá)50KHz的PWM調(diào)光頻率，避免了音頻噪音。
　　·僅開關(guān)恒流源，LED電流平穩(wěn)。
　　·LED電流能快速跟隨PWM信號(hào)，LED電流大小同PWM占空比成正比，便于亮度的線性調(diào)節(jié)。

　　電源干擾減小
　　如圖1所示，AP3605內(nèi)部電荷泵和Vin之間有一個(gè)LDO模塊，該模塊調(diào)節(jié)電荷泵的輸入電壓，使得電荷泵始終工作在1.5倍模式，減小了輸出電壓紋波和LED的電流紋波。

　　另外，LDO模塊還起到低通濾波的作用，有效的避免了電荷泵和輸入電源之間的相互干擾。多數(shù)手持式設(shè)備的背光驅(qū)動(dòng)電路是由鋰電池直接供電的，而電池同時(shí)也為射頻直接供電，在設(shè)計(jì)不好的系統(tǒng)中，背光驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)噪聲會(huì)通過電源間接影響射頻部分。AP3605內(nèi)置的LDO模塊能有效的隔離開關(guān)噪聲，最大程度的避免背光驅(qū)動(dòng)電路對(duì)射頻部分的影響。

　　過溫度保護(hù)
　　AP3605內(nèi)置過溫保護(hù)模塊。如果某些誤操作引起AP3605內(nèi)部節(jié)溫升高到約160攝氏度時(shí)，AP3605會(huì)過溫關(guān)斷，以保護(hù)AP3605免受燒壞。在過溫關(guān)斷狀態(tài)，AP3605僅消耗不到1mA的電流。當(dāng)操作正常使得AP3605內(nèi)部節(jié)溫下降到140攝氏度左右時(shí)，AP3605會(huì)自動(dòng)重新啟動(dòng)，進(jìn)入正常工作模式。