低壓便攜設備LED驅動電路設計攻略 —電路圖天天讀(126)

作者:電工吧 日期:2020-07-05 16:06:06 人氣: 欄目:LED

  本文著重介紹半導體采用不同拓撲結構、用于低壓便攜設備背光或指示器應用的各種白光或RGB LED驅動器,并專門介紹了用于要求大電流能力的便攜設備閃光應用的驅動器,以及集成了多種功能的照明管理集成電路和針對扣式電池優化了的 LED驅動器,方便工程師結合具體應用選擇適合的產品。

  白光LED廣泛用于小型液晶顯示器(LCD)面板及鍵盤背光以及指示器應用。高亮度LED則用于手機和數碼相機的閃光光源。這些應用需要優化的驅動器解決方案,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,電感型方案總能效最佳;電荷泵方案由于使用低高度陶瓷電容,占用的電路板面積和高度極小; 線性方案非常適合色彩指示器以及簡單的背光應用。所有這三種類型拓撲結構的LED驅動器方案(參見圖1),滿足用戶不同的應用需求。

低壓便攜設備LED驅動電路設計攻略  —電路圖天天讀(126)

  圖1:低壓便攜設備應用的不同LED驅動器拓撲結構示例

  在電荷泵型方案方面,半導體提供支持不同調光類型的產品,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&TImes;2.0 mm&TImes;0.55 mm LLGA-12無鉛封裝的高能效LED驅動器,帶有I2C接口,內置漸進調光功能,特別設計用于驅動手機等便攜產品中的RGB LED裝飾光和增強型LCD背光。NCP5623實現94%峰值能效和低于1微安的待機電流,將便攜設備電池工作時間延至最長。對典型應用而言,該器件除了具備極小型IC封裝的優勢之外,兼具僅需4個無源元件就能工作的特點。該器件還具備短路和過壓保護功能,在LED失效時保護系統。

  在電感升壓型方案方面,安森美半導體提供采用PWM調光方式的不同產品,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。這些電感升壓型驅動器適合在低壓便攜設備背光和閃光應用中驅動白光LED。

  在線性背光驅動器方案方面,安森美半導體提供2到4個通道的多款單模LED驅動器,如CAT4002A、CAT4002B、 CAT4003B、CAT4004A和CAT4004B等。這些背光驅動器提供32級調光控制,提供25 mA的固定或可調節輸出電流和低于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驅動器通常作為系統級方式的一部分,用于設計集成低電壓LED和簡單LED驅動器的背光電路。這些驅動器電路簡單,幫助延長電池使用時間、降低成本(如節省外部電容)及降低噪聲,為入門級便攜產品及低成本手機市場提供一種簡單的方案。

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  圖2:CAT4002B應用電路圖。

  專門用于相機閃光的LED驅動器方案

  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動器,還可以使用NCP5680和 CAT3224這樣的電荷泵型驅動器,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均是基于超級電容的LED驅動器,分別可提供10 A和4 A的大閃光電流。

  實際上,如今的500萬像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,這器件配合電池管理一顆超級電容來驅動LED閃光至充分亮度,提供達10 A的大峰值電流。NCP5680中的集成驅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、音頻、視頻、無線傳輸、GPS數據讀取及射頻 (RF)放大,延長電池使用時間而不放棄纖薄型設計。NCP5680集成了超級電容充電、浪涌電流管理和LED電流控制所需的全部電路,節省設計人員的開發時間、電路板空間及元器件成本。

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  圖3:業界首款單芯片4 A超級電容LED驅動器CAT3224應用電路圖。

  CAT3224則是業界首款4 A單芯片超級電容LED驅動器(見圖3),集成了雙模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手電筒模式提供恒流。這三種模式的工作電流能以3顆外部電阻作簡易編程,能吸收達4 A的LED閃光脈沖電流。超級電容技術的高峰值電流優勢,結合CAT3224簡單的并行邏輯接口,使這器件成為采用LED替代氙氣燈的應用的極佳選擇。

  其它新穎LED驅動/控制器

  在低壓便攜設備應用方面,除了上述LED驅動器,安森美半導體還提供其它一些新穎的產品,如NCP5890和CAT3661。其中,NCP5890是一款獨特的照明管理集成電路(LMIC),以3 mm x 3 mm x 0.5 mm的極小型封裝中集成了液晶顯示器(LCD)背光、裝飾光控制和環境光感測功能。

  眾所周知,當今的便攜電子產品很流行較大的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個LED驅動器。由于電路板空間有限,要實現更先進的照明效果,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這樣的更簡單單芯片硅解決方案,具有多種以指令控制實現的照明效果,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。這款照明管理IC具有30 V輸出電壓能力,驅動串聯LED,實現對LCD屏幕的均衡背光。此外,這器件控制三組白光 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。這驅動器還根據環境光的亮度來調節背光電流,從而延長電池使用時間。NCP5890是緊湊型智能手機等應用的專用解決方案。

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  圖4:針對扣式電池優化的CAT3661 LED驅動器應用電路圖。

  如今,越來越多的創新型便攜設備采用扣式電池(coin cell)供電,如醫療應用中的血糖儀、數字體溫計、血氧計、呼吸分析儀和生理監測儀等。由于這種電池的獨特特性以及需要長工作壽命,這些緊湊型應用需要定制的LED驅動器,不僅要管理背光,還要監測電池電量。在這類應用中,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驅動器。這器件同樣采用安森美半導體專利的四模(Quad Mode)電荷泵架構,能效高達92%,靜態電流低至約150 μA,提供可調節的低電池電量檢測功能,以及強固的LED故障監測、軟啟動和短路限制等保護功能,采用低高度的3 x 3 mm TQFN-16封裝,非常適合這些便攜設備應用。

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