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近幾年來，彩色LCD顯示屏在手機(jī)中使用量越來越大，白光LED為這種應(yīng)用提供了完美的背光解決方案。由于白光LED的導(dǎo)通壓降一般為3.5V(20mA)，最大值可以到達(dá)4V，而單節(jié)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(jié)鋰離子電池來驅(qū)動(dòng)白光LED，通常需要用專門的LED驅(qū)動(dòng)電路來實(shí)現(xiàn)。 1 驅(qū)動(dòng)電路介紹 目前，一般的LED驅(qū)動(dòng)電路可以分成二種，一種是串聯(lián)驅(qū)動(dòng)，采用電感型DC-DC升壓轉(zhuǎn)換原理，所有的LED是串聯(lián)連接的形式；另一種是并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，采用電容型的電荷泵倍壓原理，所有的LED是并聯(lián)連接的形式。 串聯(lián)驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路的效率計(jì)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(jì)算，串聯(lián)驅(qū)動(dòng)電路的轉(zhuǎn)換效率一般都在80％以上。但是，由于串聯(lián)驅(qū)動(dòng)電路使用了電感和高速的開關(guān)，對(duì)系統(tǒng)中的其他電路干擾會(huì)大一些。 并聯(lián)驅(qū)動(dòng)電路利用分立電容將電流從輸入端傳送到輸出端，整個(gè)過程不需要電感，所以也是一個(gè)受歡迎的解決方案。這種驅(qū)動(dòng)電路，只需要根據(jù)芯片規(guī)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(shù)電荷泵的電壓轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)一個(gè)以上的白光LED，就必須采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)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(nèi)部采用電流鏡的方式。并聯(lián)驅(qū)動(dòng)電路通常轉(zhuǎn)換效率較低，一般不超過70％。 那么，如何保證白光LED驅(qū)動(dòng)電路既有高的效率，同時(shí)，對(duì)手機(jī)中其他電路的干擾又小，這是手機(jī)設(shè)計(jì)廠家和顯示模塊制造廠家所關(guān)心的一個(gè)重要問題。 2 串聯(lián)型白光LED驅(qū)動(dòng)模塊對(duì)手機(jī)的干擾分析 如前面所述，這種LED串聯(lián)型的驅(qū)動(dòng)方式，和并聯(lián)型的驅(qū)動(dòng)方式相比，通常具有效率高的優(yōu)點(diǎn)。但是，由于使用了電感和高速的開關(guān)管，電路的工作有可能對(duì)系統(tǒng)其他模塊產(chǎn)生干擾。尤其在手機(jī)應(yīng)用中，對(duì)手機(jī)接收靈敏度的影響尤其值得注意。 圖一 基本的串聯(lián)型驅(qū)動(dòng)電路示意簡圖 圖二 開關(guān)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(guān)管Q1的導(dǎo)通和關(guān)斷，在Q1導(dǎo)通的時(shí)間內(nèi)，肖特基二極管D1反向截止，電感L1的電流持續(xù)增加，在Q1關(guān)斷的時(shí)間，L1通過D1給VOUT端的電容C2充電，通過這樣的反復(fù)開關(guān)以及反饋控制，被驅(qū)動(dòng)的LED電流維持在設(shè)定值。開關(guān)管Q1的工作頻率通常在1M Hz左右。由于串聯(lián)型驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)管工作在高頻通斷狀態(tài)，高頻的快速瞬變過程是一個(gè)干擾源，這種高速的開關(guān)信號(hào)產(chǎn)生的諧波電平，對(duì)于其他電子設(shè)備來說就是EMI信號(hào)，這些諧波電平可以從對(duì)電源線的傳導(dǎo)干擾（頻率范圍為0.15～30MHz）和電場(chǎng)輻射干擾（頻率范圍為30～1000MHz）的測(cè)量中反映出來。 為了抑制傳導(dǎo)干擾，一般采用適當(dāng)?shù)腅MI濾波器；為了抑制輻射干擾，一般會(huì)把產(chǎn)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(qū)動(dòng)電路內(nèi)部開關(guān)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(duì)轉(zhuǎn)換效率會(huì)造成一定的影響。 損失在開關(guān)瞬間的功耗： 圖三 開關(guān)管的開關(guān)損耗 可以看到，損失在開關(guān)管上的功耗為P=VT*I，開關(guān)管在由關(guān)斷到開啟或者開啟到關(guān)斷的瞬間會(huì)損失較多的功耗。通過控制開關(guān)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(lián)型LED驅(qū)動(dòng)電路對(duì)手機(jī)干擾的對(duì)比測(cè)試 手機(jī)中射頻模塊包括發(fā)射機(jī)(TX)和接收機(jī)(RX)，發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率在+30dBm到-55dBm之間，接收機(jī)信號(hào)接收范圍則在-20dBm到-108dBm之間。對(duì)于接收機(jī)，接收靈敏度是一個(gè)重要的指標(biāo)，對(duì)通話的質(zhì)量有很大的影響，也是比較容易受到手機(jī)內(nèi)其他電路模塊干擾的一個(gè)指標(biāo)。 下表為使用CP2126（ChipHomer）和另一款同為串聯(lián)型LED驅(qū)動(dòng)芯片X時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)電路對(duì)手機(jī)信號(hào)接收靈敏度的影響的對(duì)比結(jié)果。 表一 LED驅(qū)動(dòng)電路對(duì)手機(jī)信號(hào)接收靈敏度影響的對(duì)比測(cè)試 可以看到，CP2126的工作與否對(duì)手機(jī)接收靈敏度的指標(biāo)幾乎沒有影響，而芯片X在工作時(shí)，由于EMI的干擾造成了手機(jī)接收靈敏度的下降。同時(shí)，CP2126在輸入3.6V驅(qū)動(dòng)3個(gè)白光LED的典型情況下，可以達(dá)到83％的轉(zhuǎn)換效率。 從示波器上可以看到芯片X的開關(guān)上升下降速度都要高于CP2126。芯片X的開關(guān)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(guān)管上升沿 圖五 芯片X的開關(guān)管上升沿 圖六 CP2126的開關(guān)管上升沿 圖七 CP2126的開關(guān)管上升沿 4 總結(jié) 在白光LED驅(qū)動(dòng)電路的選擇上，有幾個(gè)重要的指標(biāo)要考慮，除了關(guān)注的成本外，轉(zhuǎn)換效率以及驅(qū)動(dòng)電路對(duì)射頻接收模塊的干擾，都是手機(jī)設(shè)計(jì)廠家和顯示模塊制造廠家選型時(shí)要考慮的因素。 |
