有关背光LED驱动的设计与分析

发光二极管(LED)技术广泛用于为小尺寸液晶显示器中的像素提供照明( LCDs)在电池供电的应用中。由LED发出的白光通过偏振器传输到LCD，在那里可以阻挡或衰减光，并将其发送到RGB滤色器以产生彩色光。

图1：背光LED驱动系统。图1显示了背光LED驱动器的系统级视图，该驱动器由DC/DC转换器和一个或多个调节电流源组成。此外，基于RGB-LED的背光需要基于温度的反馈控制，这相当于比基于白光LED的背光更高的成本。可以使用多少PCB面积?需要什么功能?系统消耗多少电量?回答这些问题可以指导设计人员选择合适的背光LED驱动器。

用于LED背光的DC/DC转换器

在具有单节锂离子源的便携式应用中，电压降的总和白色，绿色或蓝色LED和电流源可以低于或高于电池电压。这意味着，虽然红色LED可以直接由单节锂离子电池供电，但白色，蓝色或绿色LED需要电池电压有时会提升。

选择一个时要考虑的第一个方面用于电池供电应用的LED驱动器是IC驱动器与外部组件共占的总面积(图2)。

图2：典型PCB布局示例：电荷泵(左)，电感升压(右)。

两种升压技术被广泛使用：升压DC/DC转换器，也称为感应升压，以及开关电容转换器，也称为电荷泵。电荷泵实现仅需要四个陶瓷电容器和一个低功率电阻器，这通常会导致更小的解决方案尺寸。推荐用于这些应用的电容值为0.47μF至1μF，额定电压为10V(有助于直流偏置损耗)。这些电容器可以在许多电容器制造商的0402或0603外壳尺寸中找到。总溶液尺寸小于21mm 2 是相当普遍的，并且还具有非常薄，小于1mm的优点。根据LED驱动器封装，电容器可以是解决方案中最高的元件与开关电容驱动器相比，基于电感升压的LED驱动器往往具有更大的解决方案尺寸。基于电感升压的LED驱动器的典型解决方案尺寸接近板面积的30mm 2 。电感式驱动器通常需要两个电容，一个在输入端，另一个在输出端，电容值为1μF至2.2μF，可提供0603和0805外壳尺寸。电感升压需要一个可以处理峰值电感电流和输出电压的整流元件。在同步升压中，可以将通过PFET集成到IC中。但是，这种集成通常会导致IC封装的大小超过异步解决方案。在集成的高压PFET或肖特基二极管的存在下，功率转换效率也降低约10%。在异步拓扑中，传递元件由肖特基二极管组成。与开关电容器升压相比，电感升压的主要区域增加是电感器本身。具有6-8个LED的电流为15mA至20mA的应用通常需要一个10μF至22μH的电感器，饱和电流在0.4A至0.5A之间。这些电感器可以在小于3.0mm x 3.0mm的占地面积中找到。电感器也是解决方案中最高的元件，高度范围为0.8mm至1.2mm。

提高电池电压的最简单方法是使用升压型DC/DC转换器(图3)。该方法的优点在于在所有负载和输入电压条件下具有非常高的效率，因为输入电压可以升高到LED正向电压和电流源净空电压的总和。如前所述，这显着优化了成本和PCB面积的效率。