便携式应用的LED驱动的方案解决

　　引言

　　LED驱动已迅速成为功率转换技术日益重要的应用领域。除了要求更高效率、更低静态电流之外，LED驱动还有不少更精细的要求，如LED匹配、调光、白光平衡等等。另外还有一些基本架构问题，如LED是串联还是并联连接、是进行高端还是低端关段。某些特定的LED实现方案能够获得不同程度的效果，比如众所周知的感应式升压解决方案和电荷泵倍增器。而分数电荷泵、4开关降压-升压解决方案和多路电感解决方案则被人忽略。后者也被称为“SIMO”，即单电感多输出，未来，随着白光LED背光被更复杂的RGB同类产品所取代，预期这种技术将扮演越来越重要的角色。

　　LED简介及工作原理

　　便携式产品的发展趋势是逐渐向更多多媒体应用转变。这一趋势要求使用能够支持数百万颜色的、分辨率更高的显示屏。显示屏的传统照明方法是采用真空荧光灯管，但最近广泛采纳的是LED。LED的尺寸小得多，这对便携式产品非常有利，而且LED的功耗也更小，还远比真空荧光灯更为可靠。不过，如何保持恒定的光强度和颜色是这一照明技术面临的最大挑战。了解白光LED的工作原理有助于了解如何确保其强度和颜色一致。

　　由于LED是半导体器件，相比其他光源，它具有独特的特性，其中最显著的是电流和光强度之间的非线性关系。图1显示一些典型LED的这种关系。

图1

　　第二个显著特性是有关LED的正向压降。不同于白炽灯泡，LED并非纯粹的电阻式负载。正向压降随LED颜色而改变。一般而言，红光LED的正向电压为2.2V，绿光LED的正向电压3.1V。白光LED和蓝光LED的正向电压相同，典型值都是3.3V。

　　为便携式设备中这些LED提供恒定的电压和电流是一大挑战。供电电源必须能够自我调节以适应不断降低的电池电压，否则光强度会随电池电压而变化。因此，这些设备需要非常特殊的电源。

　　驱动器选择

　　保持LED电流和电压恒定的常用架构有3种。第一种是针对串联LED结构的感应式升压调节器。第二种仍是相同的感应式升压调节器，但用于并联LED结构。最后一种是电容式电荷泵。这些架构各有其优势，但对于给定的应用，仅有一种能够提供最大的优势。

　　感应式升压调节器

　　感应式升压架构 （比如飞兆半导体的FAN5608） 的基本工作原理是利用电感的电流存储能力。电感可以阻止电流变化，正负皆然。这种阻抗能力对器件上压降的影响可以下式表示：

　　这一简单的公式表明了升压转换器的工作原理。晶体管导通，电流开始在电感中流过，然后晶体管关断。由于电流无法瞬间降为0，它继续流经二极管。电流逐渐减小，di/dt变为负，导致电感上的电压为负。

　　利用克希霍夫 （Kirchokff） 电压定律，可计算出输出电压。

　　Vin·ton+（Vin-Vout）·toff=0

　　上式可重新整理为

　　这里D代表ON占空比。由于D的范围在0到1之间，故输出电压总是比输入电压高。输出电压与占空比成正比，因此，为了产生更高的电压，必须提高占空比。FAN5608利用这种方法可使最大输出高达18V。这样一来，可驱动多达4到5个串联LED。对并联结构，FAN5608能够产生高达40mA的电流。