驱动WLED不必4 V

引言
    白光LED(WLED)受到市场青睐的主要原因是因为这类组件能为便携式电子产品的显示器提供背光，而应用中最常见的是需要4 V驱动电压的单个WLED。单节锂电池的平均电压为3．6 V，因此业界一般认为需要在使用单节锂电池驱动WLED的情况下使用升压转换器。大多数WLED驱动器都需要一个外部电感或飞电容来升高电压，但随着WLED技术不断改进，其正向电压(VF)的需求也随之减少。目前大多数LED的VF典型值为3．2～3．5 V，最高为3．7～4 V，这意味着LED的电流为15～25 mA。探讨了WLED的低电流应用与对其正向电压的影响，并介绍TI的新款LED驱动器TPS7510，该器件是适用低电压LED的低成本、小尺寸方案。

2 LED正向电压
    WLED与其他标准p—n结二极管类似，只有对其施加足够的正向电压时才能导通。当外加电压超过阈值时，正向电流随WLED正向电压的增加而增加。图1给出2种WLED的典型I—V曲线。

    由图1可简化分析，对于典型的二极管I—V曲线，电压超过阈值，电流急剧上升。图1(a)中器件的正向电压典型值为3．2 V，此时正向电流为20 mA，在整个工艺和温度范围内正向电压最大值为3．7 V。因此可得出：应用升压型DC/DC转换器才能使用最大输出电压为3～4．2 V的单节锂离子电池正确驱动WLED，然而，事实未必如此。例如，对于WLED电流为5 mA的应用就无需升压转换器。图l(a)表明，驱动5 mA所需的正向电压约2．9 V，远远低于数据资料中规定的驱动20 mA所需的典型电压。采用3．6 V锂电池驱动2．9 V输出电压无需升压转换器。
    WLED的正向电压典型值及最大值适用于不同批次和不同生产工艺的器件。数据资料中提供的I—V曲线通常适用于参数值低于典型值的器件。虽然I—V曲线适用于每款器件，但根据具体测试时器件的正向电压曲线会向左或向右偏移。如果采用相同型号的另一个LED，典型测试条件下正向电压测量值为3．7 V(最大额定值)，20 mA正向电流。该电压要比典型器件的值的电压高0．5 V，因此可得出驱动5 mA WLED需要3．4 V(2．9 V+O．5 V)的最大正向电压。根据应用中不同的截止电压，无需升压转换器驱动这一特定的5mA WLED。利用该技术很容易确定任何应用的最大正向电压。

3 温度变化的影响
    有些应用需要WLED在极端温度的苛刻条件下工作。温度变化会影响LED特性，但在低电流和大电流时的影响并不一样。图2为典型WLED数据资料中正向电压随温度的变化曲线。

    图2表明．电流较大及正向电压较高时，温度对其影响较大。此外，正向电压随温度的升高而下降。从5 mA曲线可以看出，从室温(25℃)变为最高额定温度(85℃)时正向电压下降约O．1 V。在确定所需的正向电压时应考虑到这一点，但这一影响可忽略不计。如果某项应用需在极低的温度下驱动LED，低输入电压增加正向电压会导致亮度的变暗。

4 超小型LED驱动解决方案
    驱动多个WLED的典型解决方案之一是将WLED串联，然后用感应升压转换器或电荷泵驱动串联WLED。该解决方案可以提供较大的WLED电流，需要较高的正向电压。然而，正如先前讨论的，并不是所有WLED驱动器应用都需要升压转换器。对于低电流WLED驱动应用则可采用更简单、成本较低的超小型LED驱动器TPS75105。TPS75105线性电流源具有28 mV超低压降，可驱动4个并联WLED(2个WLED为一组，共2组)。该器件提供4个2％匹配电流路径，用于2个单独的WLED组。该器件采用超小型9焊球，1．5 mm2晶圆芯片级封装(WCSP)，使用默认电流输出时无需外部元件，因此可实现令人难以置信的超小型1．5 mm2解决方案。此外，TPS75105是TI提供的最廉价的WLED照明解决方案之一。TPS75105应用电路如图3所示。

    乍看起来，采用低压降线性电路来驱动LED似乎不切实际，因为线性稳压器的效率低。然而，LD0的效率往往被误解。LDO的效率完全基于输入电压与输出电压比，因此，驱动WLED的效率相当高。例如，3．6 V锂离子电池驱动3VWLED时驱动效率为83％。图4为锂离子电池供电范围内WLED前向电压取不同值时TPS75105的效率数据，依次为3．4 V、3．3 V、3．2 V、3．1 V、3．0 V、2．9 V。TPS75105的LED驱动效率可媲美于或优于其他的WLED驱动解决方案。

    图5给出TPS7510x的LED驱动效率曲线与锂离子电池放电曲线的叠加效果。整个放电范围内3种曲线的平均效率为80％，VLED=3．3 V时效率高达90％。
    虽然这里集中讨论低电流应用，但如果输入电压允许，TPS75lOx也可为LED提供高达25 mA驱动电流。这些应用也会因采用TPS7510x而实现超小尺寸。

5 结语
    评估LED驱动器应用时，应特别考虑到应用所需的电流。如果电流远低于应用中规定的WLED V。参数，应参考WLED数据资料中的I—V曲线来确定实际应用中的VF。这样可以采用低压降线性电流源，如TPS75105在不牺牲开关升压转换器效率的条件下实现超小解决方案尺寸和低成本。