利用LDO改善白光LED的匹配度

利用LDO改善白光LED的匹配度

白光LED与荧光灯相比具有使用简单、成本低的优势，与白炽灯相比可以提供真正的白色光，因此，其用量在最近几年呈现出稳步上升的趋势，在手持式产品中被广泛用作闪光灯、显示器背光等。当然，在实际应用中针对白光LED也存在一些有待解决的技术问题。
　　选用白光LED最明显的问题是产品的匹配性差，按照白光LED的典型规格，电流为20mA时正向电压的最小值为3.0V、典型值为3.5V、最大值为4.0V。显然，稳压源不是合理的解决方案。当然，利用相同的电流驱动每只LED可以获得均匀亮度，但成本很高。在许多应用中只是简单地用一个固定偏置电压和镇流电阻驱动LED，如图1所示。
　　按照图1设计电路通常可以得到相当好的亮度匹配。但对于大批量生产的用户，同一批次的产品具有相当一致的特征指标，但批次之间一致性较差。这就需要对每一批新的LED进行测试、为其配置镇流电阻。如果存在多个LED供货商问题将更加严重。为详细描述上述问题，选用三个厂商的LED（分别用A、B、C表示）按照图1所示电路作了以下测试，标号为A的LED选自一级白光LED供货商，标号为B的LED选自二级白光LED供货商，标号为C的LED是从电子配套市场购买的廉价LED。测试结果如表1所示。
表1 不同厂商LED的测试结果 LED电流(mA) 平均值 均方误差 厂商 A 24.7 24.7 24.3 24.6 0.23 B 18.0 18.7 18.3 18.3 0.35 C 20.8 19.7 18.7 19.7 1.05

　　从表1可以看出，同一厂商的LED匹配性较好，特别是来自规模较大的供货厂家的产品（A、B两种LED），三家厂商LED电流的平均均方误差为0.54。不同厂商的白光LED在采用相同偏置电压、相同的镇流电阻时电流差别较大，均方误差为3.27mA。单独调节每只LED的电流或至少对其中一只LED的电流进行调节可以提高不同厂商或同一厂商不同批次LED的一致性，但这需要相当昂贵的芯片。在对成本要求苛刻的产品中，可以利用低压差线性稳压器（LDO）改善LED的一致性，无需选择阻值不同的镇流电阻，具体电路如图2所示。图中LDO工作在稳压-稳流模式下，根据一只LED的正向电压的变化自动调节偏置电压。
　　为考核图2电路性能，将上述A、B、C三种LED按照图2电路连接进行了测试，测试结果如表2。从表2可以计算出，相同厂商LED电流的一致性略有下降（图2所得结果为0.77mA，图1所得结果为0.54mA），但不同厂商的LED电流的一致性得到了较大改善，均方误差由3.27mA降低至0.96mA。

表2 利用图2电路测试三种不同厂商LED的结果

LED电流(mA) 平均值 均方误差 厂商 A 20.9 20.9 20.3 20.7 0.35 B 20.0 21.0 20.4 20.5 0.5 C 20.4 18.9 17.5 18.9 1.45

　　图2电路需选择带有外部电压调节引脚的LDO，如MAX8863，其反馈门限为1.25V（Vset）。选用SOT23封装的LDO可提高系统的性价比，因为多数SOT23封装的LDO带有关断控制，从而省去了图1电路中控制LED通/断的N沟道MOSFET。另外，LDO还具有较宽的输入电压范围，当与其他电路共用同一+5V电源时可以提供较高的电源抑制比（PSRR）。
　　图3电路是对图2电路的修正，每只LED的电流为15mA，适合便携产品的背光源要求。MAX8863可以驱动8只LED，每只LED电流为15mA。当LED正向电压较低，或镇流电阻的电流低于15mA时，所允许的输入电压更低。