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1、前言 越來越多移動電話、便攜式媒體播放機、電子游戲機以及導航系統等便攜式電子消費產品采用紅綠藍(RGB)彩色或白色發光二極管二類，用作指示燈，例如，利用紅綠藍光發光二極管發光的指示燈會根據不同事件如短信服務(SMS)或來電，發出不同顏色的燈光。驅動這些發光二極管的方法有很多，如可以利用發光二極管驅動器、電源管理單元或先進燈光管理單元的通用輸入／輸出引腳。 歷來，該二類發光二極管主要用于便攜式電子產品，如手機方面，除了可為小鍵盤提供背光之外，也可用作手機的裝飾燈，使手機更美觀。此外，該發光二極管也可為顯示器提供背光。其移動電話采用相當多紅綠藍光發光二極管，而且數目不斷增加，為此對發光二極管的驅動器技術提出了更高的要求。也就是說，若要為便攜式電子產品的彩色發光二極管或白色發光二極管提供足夠的驅動電流，就要解決功耗、控制接口／可設定能力、電磁干擾、方案體積以及系統成本等問題。 為此，本文將對便攜式電子產品的白色發光二極管與RGB發光二極管驅動器的兩個主要功能加以研討，即為指示燈及裝飾燈提供光源和為顯示器提供背光的兩個功能。 2、對驅動器技術提出了更高的要求 新一代的發光二極管驅動器應有更先進的技術來提高效率。 那先進的技術要求是什么？那就是LED顯示驅動器應簡化軟件、加速開發、節省功率，直接與微處理器接口，并具有集成的多工引擎、數字亮度控制、閃爍控制和字模，又可替您省掉一個獨立的面板微控制器。 以往，工程師都利用簡單的電流接收器或通用輸入／輸出引腳驅動指示燈的發光二極管。這種驅動方法的效果并不十分理想，因為每次啟動發光二極管時，都要由應用處理器加以控制。以接收短信為例，每次收到短信，指示燈都要發出閃爍燈光， 因此指示燈每次發光時，都必須喚醒應用處理器。這些燈光效果會耗用更多供電，令電池壽命無法延長。而當今，移動電話及大部分便攜式電子產品都要有足夠的電源才可支持各種新的功能。一般來說，便攜式產品的顯示器背光系統及發光二極管耗用較多供電，因此系統的總耗電量能否大幅降低，關鍵在于發光二極管的耗電量。為了滿足這個節能要求，當然，大部分新一代的發光二極管驅動器都引進更先進的技術來提高效率。 于是對于耗電量少、設計簡單的指示燈發光二極管驅動器來說，將控制燈光閃爍的程序載入驅動器，由程序而非應用處理器控制閃爍過程是個較為理想的方法，其好處是處理器沒有工作時可以進入睡眠模式，讓發光二極管驅動器執行閃爍功能。若一個低正向電壓彩色發光二極管只由一個簡單的開／關控制，便無需加設升壓直流／直流轉換器，有助于進一步降低系統功耗。這樣便可將這類發光二極管驅動器的體積縮至極小，而且只需添加極少或甚至完全不需添加外置元件。 3、白色發光二極管與彩色發光二極管新型驅動器及其功能 3.1為節省更多耗電應用可編程程序設定的燈光變幻模式 便攜式電子產品若加設燈光變幻模式控制功能，便可節省更多耗電。LP5522便是其中一款設有這個功能的發光二極管驅動器。控制燈光閃爍功能的程序可以通過單線接口載入LP5522驅動器之內，只要設定正確的控制指令，驅動器便可無需通過外部控制也可按照設定的閃爍模式反復啟動發光二極管。發光二極管的電流可以通過外置電阻加以調節，但發光二極管本身的預沒電流則為5 mA。LP5522芯片的大小只有1.2mlmx0.8mmx 0.6mm發光二極管是其唯一的外置元件，因此這是一個體積小巧、物料成本較低的解決方案，最適用于小巧纖薄系統成本緊促的便攜式電子產品。 若發光二極管的正向電壓較高，單顆式鋰電池的電壓必足以驅動多個發光二極管。以這一情況來說，驅動器便必須加設升壓直流／直流轉換器。升壓轉換器有兩種，一種是采用電荷泵或開關電容器的電容式轉換器；另一種是電感式的磁性升壓轉換器。電荷泵轉換器大多用于低電壓的并行發光二極管驅動器，而磁性升壓轉換器則大多適用于高電壓的串行發光二極管驅動器。 燈光的變換模式較為復雜，例如不同顏色的燈光逐漸變為其他的顏色，便要另外采用更先進的控制方法，以補允許控制引腳的不足。許多便攜式電子產品都采用 應用舉例：驅動電流最大的 當今，輸出功率最大的照明管理IC(LMIC)，采用 其應用見圖1所示。最大的 從圖可知：確保610mA輸出驅動電流，通過 3.2 處理器進入睡眠模式的應用減少發光二極管驅動器的功耗 如LP552l這類采用電荷泵的新一代彩色發光二極管驅動器便利用內置的存儲器控制整個燈光的變幻過程，因此無需經常使用實時控制功能。LP552l為可編程、低功率、3通道，其功能應用示意圖見圖2所示。 控制燈光的程序在通電后會寫入內置的存儲器，而驅動器可通過外置的觸發引腳或 如何減少發光二極管驅動器的功耗？ LP5521驅動器還設有自動節能操作模式，以便進一步減少功耗。LP5521芯片內置DC／DC轉換器，每當鋰電池的供電電壓無法為發光二極管提供足夠的驅動電流，這個內置的轉換器便會立即啟動。此外，每當發光二極管處于閑置狀念而內部控制程又正在運行，LP5521驅動器也會關閉其他閑置的區塊，這樣可大幅減少平均功耗。圖3為LP5521發光二極管驅動器利用自動節能模式操作時的操作情況示意圖。 像LP552l這類采用電荷泵的紅綠藍光發光二極管驅動器只需另外加設4個小型的電容器。由于這款發光二極管驅動器非常小巧，而且只需極少外置元件，因此整個方案的大小只有7平方毫米加上封裝極為纖薄，因此最適用于薄型的系統設計。此外，這款小巧的驅動器可使系統采用局部性的布局，而不必采用中央統籌式的布局。換言之，發光二極管驅動器可以裝設于靠近發光二極管的位置，好處是印制電路板的布線較為容易，而電磁于擾也叫可減少LP552l發光二極管驅動器沒有外接的控制引腳，可確保幾顆驅動器同步操作，以便營造各種趣致的燈光效果。 典型應用舉例。驅動RGB或白光LED的理想方案 驅動RGB或白光LED的理想方案對便攜式應用特別適用。直接由電池驅動RGB或白光LED，節省系統成本微型3mmx 3mmTQFN封裝和低待機電流(典型值MAX6966／MAX6967是驅動RGB或白光LED的理想方案。各端口可提供精度高達1．5％的恒流驅動，使得各LED的亮度高度匹配，并省去了外部限流電阻。這樣，現在LED就可直接由電池或電源管理IC驅動。當主處理器處于休眠模式時，通過一條自動發出的硬件(或軟件)命令便可使所有LED漸強或漸暗。利用DouT引腳和CS線，多片MAX6966可級聯使用。此外，利用MAX6967的OSC輸入可以同步系統噪聲，可以用一個最高100kH2的PWM時鐘來取代內部的32kHz振蕩器。可選的PWM輸出相移能夠降低對于電源的峰值電流要求。可通過恒定電流和單獨咖位PWM控制亮度，低壓降輸出允許LED直接由電池驅動。方案見圖4示意。 其方案主要優點：可編程漸強和漸暗控制，每個端口都具有I／O能力，I／O支持熱插入，-40℃至+125℃溫度范圍，端口間電流匹配度1.5％，低待機電流(最大值 3.3應用GPIO和 工業標準GPIO/LED驅動器，無需外部器件，便可驅動RGB、白光和背光LED。采用額定工作溫度高達+125℃、并具有PWM控制功能的引腳兼容升級產品，可簡化設計。 由于GPIO和 3.4應用RGB光發光二極管為小屏幕顯示器提供背光 為什么應用RGB光發光二極管為小屏幕顯示器提供背光？ 一般來說，幾只白光發光二極管便足以為小屏幕液晶顯示器提供背光。但白光發光二極管的缺點是它的光譜范同較為狹窄，以致拍攝出來的影片效果并不理想，原因是白光發光極管基本上屬于藍光發光二極管，但在頂層加設了一個黃色的磷光體，其光譜有兩個高峰，一個處藍光的光譜范圍內。可以采用彩色濾波器濾除部分有色光線，以便為有色晶格(紅、綠、藍)提供相應的光線。彩色濾波器本身會耗費部分能源，而且即使彩色光線經過濾波之后，穿過液晶顯示器的彩色光光譜效果也不十分理想。若采用白光發光二極管提供背光，便可為液晶顯示器提供符合NFSC色域規定的顏色，符合規定的顏色數日更高叢75%(傳統液晶顯示器在接近紅色波段的顏色尤其不甚鮮明亮麗)。若采用紅綠藍光發光二極管為液晶顯示器提供背光，便可將光線顏色調節，以致能百分百提供NTSC規定的所有顏色，這樣可確保色彩更亮麗，畫面更清晰細致。若采用特別設計的彩色濾波器，功耗會少于白光發光二極管的背光系統。 典型應用-紅綠藍光發光二極可以利用高放效率的方法產生“真正白色”的背光。 若采用紅綠藍光發光二極管提供背光，一旦發光二極管的溫度有變，發光二極管驅動器便必須校正三原色(紅、綠、藍)之間的亮度于衡。無論在任何溫度之下，發光二極管驅動器都要將紅綠藍背光的白點準確校正。補償方式有閉環或開環兩種可供選樣。若采用閉環的補償方式，可利用光學傳感器測量白點。若采用開環的補償方式，可以先量度溫度，然后根據測定的補償曲線校正白點。LP5520紅綠藍光發光二極管驅動器可以利用開環式補償方法提供紅綠藍背光。圖6為LP5520紅綠藍光發光二極管驅動器引腳功能應用示意圖。 利用LP5520芯片控制顯示器亮度還是控制白光發光二極管背光系統的亮度：所采用的控制方都大致相同。實際亮度可通過SPI或 4、實用的發光二極管驅動器方案 僅需一只電感且無需電荷泵二極管就能為4小型TFT顯示器提供完整的LCD偏壓和白光LED背光電源，僅需一只電感且無需電荷泵二極管。 MAXl578／MAXl579具有四路穩壓輸出，提供小型有源矩陣薄膜晶體管(TTFT)LCD所需的全部電壓，極適合于掌上設備，盡可能少的外部元件和高效率對于此類應用非常重要。兩款器件均集成了三個先進的電荷泵，提供固定的+5V、+15V和—10V，用于LCD偏置電路，另加一個34V的升壓DC-DC，用于驅動最多8只串聯的白光LED。電荷泵只需外接陶瓷電容，不需要二極管。上電和斷電期間，所有輸出經過了排序。關斷期間，輸出被切斷而且主動放電至零。MAXl579具有溫度補償，以避免在較高溫度下過度驅動LED。芯片結構特征與應用見圖7所示，是一個完整的TFT-LCD電源(偏置和白光)。 芯片內四個調節器在一個封裝內，緊湊的4mmx4mm薄型QFN封裝，零輸入浪涌電流軟啟動，15mVP-P輸入紋波，白光LED輸出具有過壓保護。 LM3509雙輸出恒流發光二極管驅動器可以發揮高達90％的效率 。LM3509產品特征為：32個按指數分隔的光暗變化狀態，發光二極管電流比率為800：1；自動光暗控制功能確保能以下同速度從某一亮度逐漸轉為另一亮度；內置有機發光二極(OLED)電源供應；兩個獨立控制的恒流輔出，分別驅動主及副顯示器；可為10個發光二極管分別提供30mA的事動電流，并確保下同電流大小一致，相差不超過0. 15％；可同時為5個發光二極管分別提供20 mA的驅動電流，也可為OLED提供21V的供電電壓及40 mA的供電電流； 兼容的可設定亮度控制。這是驅動發光二極管的理想解決方案，最適用于移動電話、數字相機以及導航系統顯示。 5、結束語 關于RGB與白光LED的成本比較。選擇RGB或白光LED作背光照明 源可能都滿足特定的最終產品需求。但是由于RGB LED較寬的色譜極大地提高了畫質，因此使用RGBLED而不是白光LED是有道理的，因為消費者在決定購買哪種型號的LCD TV時，可能會因為色彩鮮明而愿意多付錢。不過，使用RGB LED時，解決方案尺寸更大、更復雜且更加昴貴。然而，如果在采用較寬色譜卻不允許最終產品提高價格的應用中，用白光LED解決方案作背光照明源是一種可按受的選擇。 紅綠籃發光二極管可為手機及具他便攜式電子消費產品提供千百種不同的燈光效果，令每—產品都有其獨特個性。但手機若不斷增添紅綠籃光發光二極管，而且燈光效果旦越趨復雜，發光二極管驅動器便未必能完全滿足新功能的要求。最大的問題是哪一個發光二極管驅動方案最有效率、最具成本效益、而且體積最小才可以滿足新一代便攜式電子產品的燈光需要，成為是最理想的燈光管理解決方案。 |
