彩屏手机使用率的增长不断对电池能量提出苛求。由于蜂窝电话和其它便携设备(诸如对讲机、PDA)集成多种功能,这就迫切要求LCD模块能够提供不间断照明背光。白光LED驱动器的制造商很多,有一项技术能用电流控制的升压转换器自动优化电流效率,而不需考虑所用的LED数目。所有的彩色显示器都需要某种形式的背光,这通常是由白光LED驱动器实现的。
为保证整个显示器获得均匀的亮度,通常要用多个LED。在大多数应用中采用4个并联或串联的LED。如果采用并联方式,则每个LED可以单独控制和调节。这种方法的缺点是LCD模块的接线多,因而对每个LED电流的容差要求更严格。
如果采用串联方式,可以保证每个LED上通过的电流相同。串联方法的另一个优点是能减少系统成本,因为只需要两条到LCD的接线。但其缺点是不能单独控制每个LED。
在并联方式下,有可能发生电流失谐的情况,这取决于电阻和LED正向电压的匹配程度。在串联方式下,电流是相同的,因而能够产生更均匀的背光。而且串联方式只需要考虑正向电压的变化,它对整个亮度都有影响,而非局部效应。在锂电池系统中,白光LED总需要一个升压转换器。并联LED至少需要5V的电压。不过,通过给一个较高电压系统加入升压器就可以使成本降低,因为从LCD模块到LED驱动器的连线较少。
降低复杂度和成本
一个需要考虑的要素是如何优化功耗。使用性能优良的LED驱动器可以降低整个系统的成本和总功耗。将几种功能集成在同一硅片上可以获得多种设计和系统效率。
由于多种功能模块及其需求的相似性,目前对于将白光LED驱动器集成到电源管理系统中还有争议。例如,如果两种功能需要相同的电压,那么就可以用相似的方法实现。白光LED驱动器的输出电压可以达到20V,这是电源管理系统充电器所需的输入电压。在电源管理系统内集成白光LED驱动器能进一步降低系统成本。
驱动器相似性
一个典型的白光LED驱动器中使用的功能模块与电源管理电路所要求的功能模块是相同的。例如,它们都需要参考电压、偏置电流、振荡器和数字调节器。一个电流控制的升压器无法检测调节输出电压,它检测的是电流通过感应电阻时所产生的电压。此检测电压与内部参考电压相比较,转换器自动调节升压器的输出电压,直到参考电压与检测电压相等。如果使用一个小的参考电压(100mV),感应电阻的功耗就可以忽略不计。
采用这种方法,升压转换器产生的电压足以保证电流通过LED,此电压与二极管的数目和正向电压无关。这样从放大器获得的电能就主要消耗在LED上,而感应电阻仅用了其中的一小部分。电流控制方法的另外一个优点在于升压转换器的效率。通常情况下,输出电压越高,转换效率也就越低。但是在这种情况下,由于转换器仅对需要的电压进行升压,所以转换效率就按实际工作方式进行优化。在大多数应用中,背光亮度通过脉宽调制(PWM)进行控制,这种方法也可以用于降低亮度,这种情况下需要一个串口对起始值、终止值和调暗时间进行编程。
如果将恒压升压转换器与电流控制升压转换器进行比较,就可以看到显著的效率差别。在这种情况下,必须将电池的功耗和LED的功耗作比较。图中给出了输出电流为40mA的电压控制与电流控制的白光LED驱动器总效率的比较结果(参见图)。在进行计算时,要把升压转换器90%的效率考虑在内。对于电压控制的升压转换器而言,输出电压必须高达足以驱动具有最大正向电压的LED。也就是说,使用4个LED时,输出电压必须高于18.5 V,这样才能保证在任何工作条件下所有LED都能够正常驱动。不过,不大可能出现每个LED的正向电压水平都最差的情况。
一般情况下,驱动4个LED只需要14.4 V的电压。因此有4.1 V×20 mA = 0.08W消耗在电流转换器上的功率没有转换为光能。另外,电压控制的升压转换器需要根据LED的数目进行编程,这可以通过一个串口或用于不同数目LED的专用装置来实现。对于电流控制升压转换器而言,由于电路能自动增压保证LED上的电流,所以就不需要对输出电压编程。因此,这种方法比带有恒定输出电压的标准电路升压转换器功耗更少,而后者还需要对最差水平的电压进行升压。只在最差的情况下(LED达到最大正向电压),电流控制的升压转换器才需要产生高电压。不过,在所有其它的工作模式下,要调节到实际需要的电压水平。
Manfred Plankensteiner (nsteiner@)是Dialog Semiconductor公司能耗管理及音频产品组工程主管。
作者:Manfred Plankensteiner
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能耗管理及音频产品组工程主管
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