便携式LED驱动器的选择及其拓朴设计

高亮度LED则用于手机和数位相机的闪光光源。这些应用需要最佳化的驱动器解决方案,能够延长电池使用时间、减小印制电路板(PCB)面积及高度。在这些应用领域,常见的LED驱动器方案涉及线性、电感型或电荷泵型不同拓扑结构,各有其特点。白光LED广泛用于小型液晶显示器(LCD)面板、键盘背光以及指示器应用。例如,电感型方案总效能最佳;电荷泵方案由于使用低高度陶瓷电容,?用的电路板面积和高度极小;线性方案非常适合色彩指示器以及简单的背光应用。安森美半导体提供所有这三种类型拓扑结构的LED驱动器方案(参见图1),满足用户不同的应用需求。

　　图1：低压可携式装置应用的不同LED驱动器拓扑结构示例

　　在电荷泵型方案方面,安森美半导体提供支持不同调光类型的产品,如单模、双模、三模或四模电荷泵方案等,如CAT3200、NCP5602、NCP5612、NCP5623、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3603、CAT3604、CAT3614、NCP5603等。以NCP5623为例,这是一款采用2.0 mm×2.0 mm×0.55 mm LLGA-12无铅封装的高效能LED驱动器,带有I2C接口,内置渐进调光功能,特别设计用于驱动手机等可携式产品中的RGB LED装饰光和增强型LCD背光。NCP5623实现94%峰值效能和低于1微安的待机电流,将可携式装置电池工作时间延至最长。对典型应用而言,该组件除了具备极小型IC封装的优势之外,兼具仅需4个被动组件就能工作的特点。该组件还具备短路和过电压保护功能,在LED失效时保护系统。

　　值得一提的是,安森美半导体还提供多款四模电荷泵型LED驱动器,如CAT3636、CAT3637、CAT3604V、CAT3643、CAT3644、CAT3647、CAT3648和NCP5604A/B等。以CAT3648为例,这是安森美半导体的一款拥有专利的高效能四模(Quad-Mode™)自适应分数型(fractional) LED驱动器,能以25 mA电流驱动多达4颗LED(见图1),效能高达92%。此种四模驱动器提供1x、1.33x、1.5x和2x四种模式,与提供1x、1.5x和2x三种模式的大多数电荷泵型驱动器相比,效能高10%,且无需额外电容,将LED驱动器性能提升到新的水平。这些驱动器适合在低电压可携式装置小尺寸LCD背光、LED闪光应用中驱动白光LED。

　　在电感升压型方案方面,安森美半导体提供采用PWM调光方式的不同产品,如输出电流在20 mA到50 mA之间的CAT32、CAT37、CAT4137、CAT4139、CAT4237、CAT4238和NCP5005、NCP5010,以及提供更大输出电流的CAT4240(250 mA)、NCP5050(600 mA)和NCP1422(800 mA)等。这些电感升压型驱动器适合在低电压可携式装置背光和闪光应用中驱动白光LED。

　　在线性背光驱动器方案方面,安森美半导体提供2到4个通道的多款单模LED驱动器,如CAT4002A、CAT4002B、CAT4003B、CAT4004A和CAT4004B等。这些背光驱动器提供32级调光控制,提供25 mA的固定或可调节输出电流和低于1 μA的极低关闭电流,而且没有开关电源噪声问题。这些单模LED驱动器通常作为系统级方式的一部分,用于设计整合低电压LED和简单LED驱动器的背光电路。这些驱动器电路简单,帮助延长电池使用时间、降低成本(如节省外部电容)及降低噪声,为入门级可携式产品及低成本手机市场提供一种简单的方案。

　　图2：CAT4002B应用电路图

　　专门用于相机闪光的LED驱动器方案

　　值得一提的是,在相机闪光应用中,除了可以使用NCP5005和CAT4134这样的电感升压型驱动器,还可以使用NCP5680和CAT3224这样的电荷泵型驱动器,从而支持高百万像素相机闪光,以及替代氙气闪光,配合纤薄设计。其中,NCP5680和CAT3224均是以超级电容为基础的LED驱动器,分别可提供10 A和4 A的大闪光电流。

　　实际上,如今的500万画素或更高分辨率的相机为了在弱光下拍得高分辨率的照片,需要高亮度的闪光。当今的白光LED能够提供这个等级的光能,但需要比相机电池能提供的能量高出近400%。以安森美半导体的NCP5680为例,此组件配合电池管理一颗超级电容来驱动LED闪光至充分亮度,提供达10 A的大峰值电流。NCP5680中的整合驱动器还管理超级电容,处理其它峰值功率功能,如变焦、自动对焦、音讯、视讯、无线传输、GPS数据读取及射频(RF)放大,延长电池使用时间而不放弃纤薄型设计。NCP5680整合了超级电容充电、涌入电流管理和LED电流控制所需的全部电路,节省设计人员的开发时间、电路板空间及元器件成本。

　　图3：业界首款单芯片4 A超级电容LED驱动器CAT3224应用电路图
CAT3224则是业界首款4 A单芯片超级电容LED驱动器(见图3),整合了双模1x/2x电荷泵,提供三项关键功能：精密的超级电容充电控制、电流放电至LED闪光的管理,以及为LED手电筒模式提供?流。这三种模式的工作电流能以3颗外部电阻来简易设定,能吸收达4 A的LED闪光脉波电流。超级电容技术的高峰值电流优势,结合CAT3224简单的并列逻辑接口,使此组件成为采用LED替代氙气灯应用的极佳选择。

　　其它新颖LED驱动/控制器

　　在低电压可携式装置应用方面,除了上述LED驱动器,安森美半导体还提供其它一些新颖的产品,如NCP5890和CAT3661。其中,NCP5890是一款独特的照明管理集成电路(LMIC),在3 mm x 3 mm x 0.5 mm的极小型封装中整合了液晶显示器(LCD)背光、装饰光控制和环境光感测功能。

　　众所周知,当今的可携式电子产品很流行较大的LCD屏幕和LED照明效果。为了满足所有这些照明要求,硬件设计人员通常需要采用数个LED驱动器。由于电路板空间有限,要实现更高级的照明效果,通常需要大量的软件编程和微控制器(MCU)资源。安森美半导体提供NCP5890这种更简单的单芯片硅解决方案,具有多种以指令控制实现的照明效果,帮助硬件设计工程师满足他们特定的照明和电源设计目标。此款照明管理IC具有30 V输出电压能力,驱动串行LED,实现对LCD屏幕的均衡背光。此外,此组件控制三组白光 LED或RGB LED,在键盘或底盘上营造出装饰光图案,与背光形成独特的组合。此驱动器还根据环境光的亮度来调节背光电流,从而延长电池使用时间。NCP5890是紧凑型智能型手机等应用的专用解决方案。

　　图4：针对扣式电池最佳化的CAT3661 LED驱动器应用电路图

　　如今,越来越多的创新型可携式装置采用扣式电池(coin cell)供电,如医疗应用中的血糖仪、数字体温计、血氧计、呼吸分析仪和生理监测仪等。由于这种电池的独特功能以及需要长工作寿命,这些紧凑型应用需要订制的LED驱动器,不仅要管理背光,还要监测电池电量。在此类应用中,可以采用安森美半导体计划于2010年下半年推出的CAT3661 2至2.5 V单LED驱动器。此组件同样采用安森美半导体专利的四模(Quad Mode)电荷泵架构,效能高达92%,静态电流低至约150 μA,提供可调节的低电池电量检测功能,以及强固的LED故障监测、软?动和短路限制等保护功能,采用低高度的3 x 3 mm TQFN-16封装,非常适合这些可携式装置应用。