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电池供电产品的LED控制问题

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:白光LED具有使用简单、成本低的特点,其用量在最近几年呈现出稳步上升的趋势,在例携式产品中被广泛用作闪光灯、显示器背光等。本文介绍几种白光LED的驱动方案。

    关键词:白光LED 便携式产品 DC-DC转换器

1 概述

LED为电流驱动器件,光输出强度由流过二极管的电流决定。图1是由电压源和限流电阻构成的一种简单偏置电路,流过LED的电流由下式确定:IDIODE=(VCC-VF)/[RLIM+RDS(ON)]这种方式成本较低,但不同的二极管VF(正向电压)的参数一致。图2、图3表示25℃时LED的正向电压(典型值)与导通电流关系曲线。从电流指标可以看出:对于GaAsP二极管,VF可以上升到2.7V(+40%);对于InGaN二极管,VF可以上程式到4.2V(+20%)。如果系统中需要多个LED,如蜂窝电话背板显示器采用8个LED,则按照图1的设计方案将需要多个限流电阻,占用较大的线路板面积。
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    如果将Vcc增大到VF的10倍以上可以减少VF变化的影响,但耗电较大,电池供电产品的LED控制问题不符合电池供电产品的需求。对于采用单片Li+电池供电的系统,Li+电池电压的变化范围为4.2~3V。如果LED的偏置电路只是简单的由Li+电池和限流电阻提供,输出亮度将会产生明显的变化。合理的方案应该是采用电流偏置电路。

2 电流偏置电路

电流偏置电路实际上是用1个电流源为LED提供偏置。如果电流源具有足够的动态范围,这种偏置方式将不受VF变化的影响。图4为电流偏置方案的原理框图。该电路将图1中的限流电阻用电流源替代。光输出强度与电源和正向电压无关,只要有足够的电源电压为电流源和LED提供偏置即可。图4中Q1为使能控制开关。

MAX1916等专用LED驱动芯片提供了一种先进的LED电流偏置电路。MAX1916在微型SOT23封装内集成了3组电流源,流过RSET的电流镜像到3个输出端,如图5所示。电路中几个相同的MOSFET具有相的栅-源电源,因此,它们的沟道电流相同,电流的大小由镜电流ISET决定。MAX1916的电流最大失配度为±5%,“镜像系数”为200A/A。也就是说,当ISET为50μA时,每个输出端的电流为10(1±0.05)mA(最大)。SET端由内部偏置在1.25V。ISET由下式决定:

ISET=(Vcc-1.25V)/RSET

IOUT=200ISET,每路电流之间偏差为±5%。输出端饱和电压:
电池供电产品的LED控制问题
    VOUT(SAT)=RD-S·IOUT

MAX1916的漏源电阻在整个温度范围内保证不高于50Ω,一个工作电流为2mA的GaAsP二极管保证正常工作所需要的最低电压是:VF+100mV,2.71V的输入电压能够将将GaAsP LED工作电压保护到2.7V。为了获得更低的压差和更高的输出电流,可以将MAX1916的三路输出并联构成“镜像系数”为600的电流源,如图6所示,并联后的漏源电阻为50/3=16.67Ω(最大值)。这种连接方式允许单个白光LED在3V供电时电流达到20mA以上,满足目前便携式蜂窝电话等产品的背光要求。用于设置端电流的电压源可以由带载能力较强的主电源单独提供,例如,在蜂窝电话中,VSET可以由射频(RF)电路的低噪声+2.8V电源提供。如果直接由单节Li+电池供电,MAX1916适用于驱动正向电压较低的GaAsP LED,而对于正向电压较高的InGaN白光LED则需采用其它驱动方案。因为Li+电池供电时,随着电池的放电,输入电压可能无法满足LED所要求的偏置电压。
电池供电产品的LED控制问题
3 电荷泵升压转换器驱动白光LED

对于正向电压在3.5~4.2V(在20mA条件下)的白光LED通常需要升压转换器,可以用电荷泵(如MAX682~MAX684)与MAX1916共同构成这种LED的驱动电路,如图7所示。MAX682~MAX684能够将2.7V的输入电压

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