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近幾年來，彩色LCD顯示屏在手機中使用量越來越大，白光LED為這種應用提供了完美的背光解決方案。由于白光LED的導通壓降一般為3.5V(20mA)，最大值可以到達4V，而單節鋰離子電池的一般輸出電壓為3.6V"4.2V，因此，一般不能直接用單節鋰離子電池來驅動白光LED，通常需要用專門的LED驅動電路來實現。 1 驅動電路介紹 目前，一般的LED驅動電路可以分成二種，一種是串聯驅動，采用電感型DC-DC升壓轉換原理，所有的LED是串聯連接的形式；另一種是并聯驅動，采用電容型的電荷泵倍壓原理，所有的LED是并聯連接的形式。 串聯驅動電路體積小，效率高。這種類型電路一般都是采用SOT23-5L或者SOT23-6L的封裝，占用PCB板的空間很小。白光LE D驅動電路的效率計算公式為： Eff(%)=白光LED上的電壓×白光LED上的電流*100/(輸入電壓×輸入電流) 以此公式計算，串聯驅動電路的轉換效率一般都在80％以上。但是，由于串聯驅動電路使用了電感和高速的開關，對系統中的其他電路干擾會大一些。 并聯驅動電路利用分立電容將電流從輸入端傳送到輸出端，整個過程不需要電感，所以也是一個受歡迎的解決方案。這種驅動電路，只需要根據芯片規格選擇合適的電容，但是它只能提供有限的輸出電壓范圍，絕大多數電荷泵的電壓轉換比例是1.5或者2，這表示輸出電壓不可能高于輸入電壓的1.5倍或者2倍，因此想利用電荷泵驅動一個以上的白光LED，就必須采用并聯驅動的方式，為了保證電流分配的平均，通常用外接電阻或者在芯片內部采用電流鏡的方式。并聯驅動電路通常轉換效率較低，一般不超過70％。 那么，如何保證白光LED驅動電路既有高的效率，同時，對手機中其他電路的干擾又小，這是手機設計廠家和顯示模塊制造廠家所關心的一個重要問題。 2 串聯型白光LED驅動模塊對手機的干擾分析 如前面所述，這種LED串聯型的驅動方式，和并聯型的驅動方式相比，通常具有效率高的優點。但是，由于使用了電感和高速的開關管，電路的工作有可能對系統其他模塊產生干擾。尤其在手機應用中，對手機接收靈敏度的影響尤其值得注意。 圖一 基本的串聯型驅動電路示意簡圖 圖二 開關管Q1集電極的電壓波形 圖一的電路基本工作原理為：電阻R1的反饋電壓控制開關管Q1的導通和關斷，在Q1導通的時間內，肖特基二極管D1反向截止，電感L1的電流持續增加，在Q1關斷的時間，L1通過D1給VOUT端的電容C2充電，通過這樣的反復開關以及反饋控制，被驅動的LED電流維持在設定值。開關管Q1的工作頻率通常在1M Hz左右。由于串聯型驅動電路的開關管工作在高頻通斷狀態，高頻的快速瞬變過程是一個干擾源，這種高速的開關信號產生的諧波電平，對于其他電子設備來說就是EMI信號，這些諧波電平可以從對電源線的傳導干擾（頻率范圍為0.15～30MHz）和電場輻射干擾（頻率范圍為30～1000MHz）的測量中反映出來。 為了抑制傳導干擾，一般采用適當的EMI濾波器；為了抑制輻射干擾，一般會把產生干擾的模塊用屏蔽罩和其他模塊隔離開。除了這些外部的抑制手段外，也可以控制驅動電路內部開關管的上升下降沿，使得上升下降沿不要過于陡峭，并且盡量減小過沖，這樣也可以減小電磁干擾。不過如果上升下降沿過緩，對轉換效率會造成一定的影響。 損失在開關瞬間的功耗： 圖三 開關管的開關損耗 可以看到，損失在開關管上的功耗為P=VT*I，開關管在由關斷到開啟或者開啟到關斷的瞬間會損失較多的功耗。通過控制開關管的上升沿和下降沿，可以在干擾和效率之間取得平衡。 3 串聯型LED驅動電路對手機干擾的對比測試 手機中射頻模塊包括發射機(TX)和接收機(RX)，發射機的發射功率在+30dBm到-55dBm之間，接收機信號接收范圍則在-20dBm到-108dBm之間。對于接收機，接收靈敏度是一個重要的指標，對通話的質量有很大的影響，也是比較容易受到手機內其他電路模塊干擾的一個指標。 下表為使用CP2126（ChipHomer）和另一款同為串聯型LED驅動芯片X時，LED驅動電路對手機信號接收靈敏度的影響的對比結果。 表一 LED驅動電路對手機信號接收靈敏度影響的對比測試 可以看到，CP2126的工作與否對手機接收靈敏度的指標幾乎沒有影響，而芯片X在工作時，由于EMI的干擾造成了手機接收靈敏度的下降。同時，CP2126在輸入3.6V驅動3個白光LED的典型情況下，可以達到83％的轉換效率。 從示波器上可以看到芯片X的開關上升下降速度都要高于CP2126。芯片X的開關上升沿為3.2ns，下降沿為3.5ns，CP2126的上升沿為8.2ns，下降沿為14.4ns。 圖四 芯片X的開關管上升沿 圖五 芯片X的開關管上升沿 圖六 CP2126的開關管上升沿 圖七 CP2126的開關管上升沿 4 總結 在白光LED驅動電路的選擇上，有幾個重要的指標要考慮，除了關注的成本外，轉換效率以及驅動電路對射頻接收模塊的干擾，都是手機設計廠家和顯示模塊制造廠家選型時要考慮的因素。 |
