白光LED的基礎知識與驅動(二)

許多便攜式或采用電池供電的設備使用白光LED作為背光。

特別是PDA彩色顯示器需要白色背景光，以恢復所希望的色彩，恢復色彩要與原物很接近。未來的3G手機支持圖片和視頻數據，這也需要白色背光。

數碼照相機、MP3播放器和其它視頻、音頻設備也包括需要白色背光的顯示器。

在絕大多數應用中，單個白光LED是不夠的，需要同時驅動幾個LED。

必須采用特定的操作，以確保它們的強度和色彩一致，即使是在電池放電或其它條件變化時。

圖7給出了一組隨機挑選的白光LED的電流-電壓曲線。在這些LED上加載3.3V電壓(上端虛線)會產生2mA至5mA范圍的正向電流，導致不同亮度的白光。

該區域中(如圖5所示)Y坐標變化很劇烈，會導致顯示色彩的不真實。

同樣，LED也具有不同的光強，這會產生不均勻的亮度。

另外一個問題是所需的最小供電電壓，LED要求高于3V的電壓驅動，若低于該電壓，幾個LED可能會完全變暗。

圖7：曲線顯示了不同白光LED的電流-電壓特性之間的相當大的差異，甚至是從同一產品批次中隨機挑選的LED，因此用恒定的3.3V驅動這樣幾個并聯的LED會導致不同亮度的白光(上虛線)。

鋰電池在完全充滿電時可以提供4.2V的輸出電壓，在很短的一段工作時間內會下降到標稱的3.5V。由于電池放電，其輸出電壓會進一步下降到3.0V。如果白光LED直接由電池驅動，如圖3所示，則會產生如下問題：

首先，當電池充滿電時，所有的二極管都被點亮，但會具有不同的光強和色彩。當電池電壓下降至其標稱電壓時，光強減弱，并且白光間的差異變得更大。因此，設計人員必須考慮電池電壓和二極管正向電壓的數值，而需要計算串聯電阻的阻值。(隨著電池徹底放電，部分LED將會完全熄滅。)

帶有電流控制的電荷泵

LED供電電源的目標是提供一個足夠高的輸出電壓，并且在并聯連接的LED上加載同樣的電流。注意(如圖5所示)，如果并聯配置的所有LED具有一致的電流，那么所有的LED將會具有相同的色彩坐標。Maxim提供帶有電流控制的電荷泵，以實現這一目標(MAX1912)。

圖8所示的三個并聯的LED，電荷泵具有較大量程，可以提高輸入電壓至1.5倍。早期的電荷泵只能簡單的使輸入電壓倍壓，而新的技術則提供了更好的效率。將輸入電壓升高至恰好可以驅動LED工作的電平。連接至SET(10引腳)的電阻網絡保證所有LED的電流一致。內部電路保持SET電平在200mV，這樣就可以計算出流經每個LED的電流ILED=200mV/10=20mA。

如果某些二極管需要較低的電流，可以同時并聯驅動3個以上的LED，MAX1912的輸出電流可達60mA。進一步的應用和圖表可以參考MAX1912數據資料。

圖8：IC內部包括電荷泵和電流控制，電荷泵為白光LED提供足夠的驅動電壓，而電流控制通過給每個LED加載同樣的電流來確保均勻的白光。

簡單電流控制

如果系統提供高于二極管正向導通電壓的電平，白光LED可以很容易的被驅動。例如，數碼照相機通常包括一個+5V供電電源。如果那樣的話，就不需要升壓功能，因為供電電壓足以驅動LED。對于圖8所示電路，應該選擇一個匹配的電流源。比如，MAX1916可以同時驅動3個并聯的LED(如圖9所示)。

MAX1916 pdf ：http://www.3532n.com/soft/39/2008/200807255540.html

圖9：單個外部電阻(RSET)設定流經每個LED的電流數值，在IC的使能引腳(EN)上加載脈寬調制信號可以實現簡單的亮度控制(調光功能)。

工作簡單：電阻RSET設定加載至所連LED的電流。這種方法占用很少的PCB空間。除IC(小巧的6引腳SOT23封裝)和幾個旁路電容之外，僅需要一個外部電阻。IC具有極好的電流匹配，不同LED之間差別0.3%。這種結構提供了相同的色彩區域，因此每個LED具有一致的白光亮度。

調光改變光強

某些便攜式設備根據環境光線條件來調節其光輸出亮度，有些設備在一段較短的空閑時間之后通過軟件降低其光強。這都要求LED具有可調光強，并且這樣的調節應該以同樣的方式去影響每路正向電流，以避免可能的色彩坐標偏移。利用小型數模轉換器控制流經RSET電阻的電流可以得到均勻的亮度。

6位分辨率的轉換器，比如帶有I2C 接口的MAX5362或者帶有SPI接口的MAX5365，能夠提供32級亮度調節(如圖10所示)。由于正向電流會影響色彩坐標，因此LED白光會隨著光強的變化而改變。但是這并不是問題，因為相同的正向電流會使得這個組里的每個二極管都發出同樣的光。

圖10：數模轉換器通過一致改變LED的正向電流來控制LED的調光。

使色彩坐標不發生移動的調光方案叫做脈寬調制。它能夠由絕大多數可以提供使能或者關斷控制的電源器件實現。例如，通過拉低EN電平禁止器件工作時，MAX1916可以將流經LED的泄漏電流限定在1μA，使發射光為零。拉高EN電平可以管理可控的LED正向電流。如果給EN引腳加脈寬調制信號，那么亮度就與該信號的占空比成正比。

由于流經每個LED的正向電流持續保持一致，因而色彩坐標不會偏移。但是，肉眼會感覺到占空比改變帶來的光強變化。人眼無法分辨超過25Hz的頻率，因此200-300Hz的開關頻率是PWM調光的很好選擇。更高的頻率會產生問題，用來切換LED開關的短暫時間間隔內色彩坐標會發生變化。PWM信號可以由微處理器的I/O引腳或其外設提供。可提供的兩度等級取決于所用的計數寄存器的字節長度。

開關模式升壓轉換器，具有電流控制

除了前面所提到的電荷泵(MAX1912)之外，還可以實現帶有電流控制的升壓轉換器。比如，開關模式電壓轉換器MAX1848，可以產生最高至13V的輸出電壓，足以驅動三個串聯的LED(如圖11所示)。這種方法也許是最簡潔的，因為所有串接的LED具有完全相同的電流。LED電流由RSENSE與加載在CTRL輸入上的電壓共同決定。