浅谈便携式LED驱动器的选择与三种拓朴设计

出处:zhuozc 发布于:2011-08-27 20:40:59

  高亮度LED则用于手机和数位相机的闪光光源。这些应用需要化的驱动器解决方案,能够延长电池使用时间、减小印制电路板(PCB)面积及高度。LED(Light-Emitting-Diode中文意思为发光二极管)是一种能够将电能转化为可见光的半导体,它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理,而采用电场发光。据分析,LED的特点非常明显,寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可超过150lm/W(2010年)。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比,结果显示:普通白炽灯的光效为12lm/W,寿命小于2000小时,螺旋节能灯的光效为60lm/W,寿命小于8000小时,T5荧光灯则为96lm/W,寿命大约为10000小时,而直径为5毫米的白光LED光效可以超过150lm/W,寿命可大于100000小时。有人还预测,未来的LED寿命上限将无穷大。 LED的亮度是跟LED的发光角度有必然关系的,LED的角度越小它的亮度越高,没有什么超亮不超亮的,那是骗小孩的,如果是质量好的LED不管是哪家LED厂家生产的大家的亮度都差不多的,只是生产工艺不一样,使用寿命略有不同,因为大家用的都是那几家国外的LED芯片。如果是5MM的LED180度角的白光的亮度只有几百MCD,如果是15度角的亮度就要去到一万多两万MCD的亮度了,亮度相差好几十倍了,如果是用于照明用的,在户外是用大功率的LED了,亮度就更高了,单个功率有1W,3W,5W,还有的是用多个大功率组合成一个大功率的LED,功率去到几百都有。色温和亮度没关系,而亮度和流明值有关。安森美半导体提供所有这三种类型拓扑结构的LED驱动器方案(参见图1),满足用户不同的应用需求。

  图1:低压可携式装置应用的不同LED驱动器拓扑结构示例

  在电荷泵型方案方面,安森美半导体提供支持不同调光类型的产品,如单模、双模、三模或四模电荷泵方案等,如CAT3200、NCP5602、NCP5612、NCP5623、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3603、CAT3604、CAT3614、NCP5603等。以NCP5623为例,这是一款采用2.0 mm×2.0 mm×0.55 mm LLGA-12无铅封装的高效能LED驱动器,带有I2C接口,内置渐进调光功能,特别设计用于驱动手机等可携式产品中的RGB LED装饰光和增强型LCD背光。对典型应用而言,该组件除了具备极小型IC封装的优势之外,兼具仅需4个被动组件就能工作的特点。

  值得一提的是,安森美半导体还提供多款四模电荷泵型LED驱动器,如CAT3636、CAT3637、CAT3604V、CAT3643、CAT3644、CAT3647、CAT3648和NCP5604A/B等。以CAT3648为例,这是安森美半导体的一款拥有的高效能四模(Quad-Mode?)自适应分数型(fractional) LED驱动器,能以25 mA电流驱动多达4颗LED(见图1),效能高达92%。此种四模驱动器提供1x、1.33x、1.5x和2x四种模式,与提供1x、1.5x和2x三种模式的大多数电荷泵型驱动器相比,效能高10%,且无需额外电容,将LED驱动器性能提升到新的水平。

  在电感升压型方案方面,安森美半导体提供采用PWM调光方式的不同产品,如输出电流在20 mA到50 mA之间的CAT32、CAT37、CAT4137、CAT4139、CAT4237、CAT4238和NCP5005、NCP5010,以及提供更大输出电流的CAT4240(250 mA)、NCP5050(600 mA)和NCP1422(800 mA)等。

  在线性背光驱动器方案方面,安森美半导体提供2到4个通道的多款单模LED驱动器,如CAT4002A、CAT4002B、CAT4003B、CAT4004A和CAT4004B等。这些背光驱动器提供32级调光控制,提供25 mA的固定或可调节输出电流和低于1 μA的极低关闭电流,而且没有开关电源噪声问题。这些单模LED驱动器通常作为系统级方式的一部分,用于设计整合低电压LED和简单LED驱动器的背光电路。

  图2:CAT4002B应用电路图

  专门用于相机闪光的LED驱动器方案

  值得一提的是,在相机闪光应用中,除了可以使用NCP5005和CAT4134这样的电感升压型驱动器,还可以使用NCP5680和CAT3224这样的电荷泵型驱动器,从而支持高百万像素相机闪光,以及替代氙气闪光,配合纤薄设计。

  实际上,当今的白光LED能够提供这个等级的光能,但需要比相机电池能提供的能量高出近400%。以安森美半导体的NCP5680为例,此组件配合电池管理一颗超级电容来驱动LED闪光至充分亮度,提供达10 A的大峰值电流。NCP5680中的整合驱动器还管理超级电容,处理其它峰值功率功能,如变焦、自动对焦、音讯、视讯、无线传输、GPS数据读取及射频(RF)放大,延长电池使用时间而不放弃纤薄型设计。NCP5680整合了超级电容充电、涌入电流管理和LED电流控制所需的全部电路,节省设计人员的开发时间、电路板空间及元器件成本。

  图3:业界首款单芯片4 A超级电容LED驱动器CAT3224应用电路图

  CAT3224则是业界首款4 A单芯片超级电容LED驱动器(见图3),整合了双模1x/2x电荷泵,提供三项关键功能:精密的超级电容充电控制、电流放电至LED闪光的管理,以及为LED手电筒模式提供?流。这三种模式的工作电流能以3颗外部电阻来简易设定,能吸收达4 A的LED闪光脉波电流。超级电容技术的高峰值电流优势,结合CAT3224简单的并列逻辑接口。

  其它新颖LED驱动/控制器

  在低电压可携式装置应用方面,除了上述LED驱动器,安森美半导体还提供其它一些新颖的产品,如NCP5890和CAT3661。其中,NCP5890是一款独特的照明管理集成电路(LMIC),在3 mm x 3 mm x 0.5 mm的极小型封装中整合了液晶显示器(LCD)背光、装饰光控制和环境光感测功能。

  众所周知,当今的可携式电子产品很流行较大的LCD屏幕和LED照明效果。为了满足所有这些照明要求,硬件设计人员通常需要采用数个LED驱动器。由于电路板空间有限,要实现更的照明效果,通常需要大量的软件编程和微控制器(MCU)资源。安森美半导体提供NCP5890这种更简单的单芯片硅解决方案,具有多种以指令控制实现的照明效果,帮助硬件设计工程师满足他们特定的照明和电源设计目标。此款照明管理IC具有30 V输出电压能力,驱动串行LED,实现对LCD屏幕的均衡背光。此外,此组件控制三组白光 LED或RGB LED,在键盘或底盘上营造出装饰光图案,与背光形成独特的组合。此驱动器还根据环境光的亮度来调节背光电流,从而延长电池使用时间。NCP5890是一款独特的照明管理器,在极小封装中集成了LCD背光、装饰光控制和环境光感测功能。该器件输出电压为30 V,可管理多达8个串联LED,实现LCD屏幕的均衡背光。该器件还可控制三组白光LED或RGB LED,在键盘或底盘上营造出装饰光图案。

  图4:针对扣式电池化的CAT3661 LED驱动器应用电路图

  如今,越来越多的创新型可携式装置采用扣式电池(coin cell)供电,如医疗应用中的血糖仪、数字体温计、血氧计、呼吸分析仪和生理监测仪等。由于这种电池的独特功能以及需要长工作寿命,这些紧凑型应用需要订制的LED驱动器,不仅要管理背光,还要监测电池电量。在此类应用中,可以采用安森美半导体计划于2010年下半年推出的CAT3661 2至2.5 V单LED驱动器。此组件同样采用安森美半导体的四模(Quad Mode)电荷泵架构,效能高达92%,静态电流低至约150 μA,提供可调节的低电池电量检测功能,以及强固的LED故障监测、软动和短路限制等保护功能,采用低高度的3 x 3 mm TQFN-16封装,非常适合这些可携式装置应用。


  

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