由于具備高照明效率、長效性與小體積，LED已成為便攜式設(shè)備，如移動(dòng)電話與PDA等的必定選擇，約0.1W的低功耗白光LED目前正廣泛利用在LCD顯示面板的背光與鍵盤照明上，當(dāng)然也可通過連接多顆LED帶來較高的亮度作為臨時(shí)照明或閃光燈等利用，而可達(dá)1W的高功率LED則利用在配備兩百萬像素，甚至更高分辨率的拍照手機(jī)中來支撐黑暗環(huán)境中的拍照功效。除白光LED外，RGB(紅、綠、藍(lán))光LED也經(jīng)常被用來強(qiáng)化移動(dòng)電話的質(zhì)感，通過三種色彩準(zhǔn)確適當(dāng)?shù)鼗旌?，RGB LED可發(fā)明出豐富多樣的色彩。
在唆使利用上，當(dāng)有來電或信息時(shí)可以讓彩色LED閃耀，或利用色彩來顯示發(fā)話者的身份，例如自行定義的群組，如朋友、家人或業(yè)務(wù)往來的來電，這項(xiàng)功效不僅為移動(dòng)電話帶來個(gè)性化，同時(shí)在非常吵雜的環(huán)境中也相當(dāng)有用。為進(jìn)一步強(qiáng)化應(yīng)用者的影音感受，RGB LED也同時(shí)用來產(chǎn)生很多吸引人的發(fā)光后果，其中一個(gè)例子是將RGB的發(fā)光動(dòng)作與響鈴的旋律或MP3音樂加以同步，另外一個(gè)RGB發(fā)光的有趣利用則是日本松下公司的“Feel Talk”功效，由于RGB LED被安排在移動(dòng)電話的機(jī)殼下方，因此可以依應(yīng)用者的心情顯示不同的色彩。
LED效能的改良和電氣特征
在大批資金投注LED開發(fā)后，白光LED的照明效率比起剛發(fā)明時(shí)有了大幅度的改良，目前市場上最佳的白光LED照明效率可以達(dá)到100lm/W，相當(dāng)接近日光燈管，而一些領(lǐng)先公司也嘗試在藍(lán)光LED上應(yīng)用不同的涂敷物質(zhì)，并推出更佳發(fā)光效率的設(shè)計(jì)計(jì)劃，因此供給面板背光所需的LED數(shù)目將持續(xù)下滑，目前移動(dòng)電話上尺度LCD面板所需的背光LED大約為2~4顆，而PDA或智能型手機(jī)上LCD面板的背光則需要6~10顆。在進(jìn)一步討論LED背光與閃光燈的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)與新功效前，先回想一下移動(dòng)電話與PDA中廣泛應(yīng)用的LED以及電池的電氣特征。
依不同制作商所采用技巧的差別，LED的正向電壓(Vf)大約在2.7~4V之間，通常高功率LED擁有高達(dá)4.9V的較高正向電壓，因此LED驅(qū)動(dòng)電路就必需供給足夠的正電壓以便讓LED以正向偏壓的方法發(fā)光。當(dāng)采用多顆LED來供給背光時(shí)，在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮正向電壓間的差距，為了得到雷同的照明強(qiáng)度，也就是讓不同的LED發(fā)出雷同的色彩，設(shè)計(jì)工程師必需確保流經(jīng)每顆LED的正向電流能夠雷同，低功率LED通常采用20mA的正向電流，最大約為25mA，目前市場上的高功率LED則能以高達(dá)1.5A的脈沖電流來驅(qū)動(dòng)。
電池的電氣特征
目前移動(dòng)電話與PDA中最常見的電池為鋰離子或者鋰高分子可充電電池，采用鋰材料的可充電電池額定電壓范疇是3.6V~3.7V，工作電壓則為4.2V~3.2V，為確保能夠安全工作，這類型的鋰電池只能夠在1C的范疇內(nèi)充電或放電，這里C由電池的額定容量所決定，例如1,000mAh的電池最高放電電流為1A，移動(dòng)電話通常應(yīng)用的電池容量大約在650~1,000mAh之間。為改良電池的效能，采用不同陰極材料的新型鋰離子電池已開端開發(fā)。在應(yīng)用這類電池組時(shí)，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)當(dāng)遵照電氣規(guī)格限制并據(jù)此調(diào)劑驅(qū)動(dòng)電路。
在應(yīng)用最高正向電壓為3.4V～4V的LED時(shí)，由電池供給的輸進(jìn)電壓必需即是或高于所需的驅(qū)動(dòng)電壓，因此需要一個(gè)具有穩(wěn)固電流功效的升壓式轉(zhuǎn)換器來推動(dòng)以串聯(lián)或并聯(lián)方法連接的LED。
電荷泵轉(zhuǎn)換器目前廣泛應(yīng)用在LCD的背光驅(qū)動(dòng)上，與采用電感式的升壓式轉(zhuǎn)換解決計(jì)劃比擬，電荷泵驅(qū)動(dòng)電路由于具備較低的本錢、較薄的厚度以及較低的噪聲特征而成為較佳的選擇，新推出的集成電路設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸改良電荷泵驅(qū)動(dòng)電路的效率，目前最高效率可超過93％，而均勻效率則約為80％。電荷泵驅(qū)動(dòng)電路通常采1x與2x模式運(yùn)作，部分設(shè)備中則參加了1.33x與1.5x模式來改良效率，在這類解決計(jì)劃中，LED采用并聯(lián)方法連接，同時(shí)每個(gè)LED的電流由各自獨(dú)立的匹配電流源供給，最佳的驅(qū)動(dòng)芯片在雷同電路中任兩個(gè)LED電流間的匹配誤差約為0.2％。
在便攜式設(shè)備中，當(dāng)按鍵盤或觸摸屏?xí)r所用的LED電流最高，而在幾秒鐘沒有動(dòng)作后，為下降功耗LED電流將下降，把持LED電流的一個(gè)常見方法是采用PWM脈沖來驅(qū)動(dòng)芯片的使能端，通過啟動(dòng)與封閉芯片，其輸出電流為PWM信號占空比的均勻值。對于新LED驅(qū)動(dòng)芯片，由于采用單根(S-Wire)或兩根線的I2C接口，故只需用一或兩個(gè)I/O口，因而設(shè)計(jì)非常簡略。
漸進(jìn)式亮度變更與情境式照明
漸進(jìn)式亮度變更重要利用在便攜式設(shè)備啟動(dòng)或關(guān)機(jī)時(shí)以發(fā)明戲院式的照明后果，在啟動(dòng)時(shí)，背光電流會以預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔以步進(jìn)方法逐步放大到20mA，同樣在關(guān)機(jī)時(shí)采用相反的動(dòng)作逐步下降，通過微處理器的幫助，可將具備不同頻率的PWM信號送到LED驅(qū)動(dòng)電路的使能端來實(shí)現(xiàn)這樣的后果，以特定時(shí)間間隔將LED電流用多重步進(jìn)的方法加大或下降，但這個(gè)方法的毛病是耗費(fèi)實(shí)時(shí)處理器資源，在NCP5602與NCP5612這類的LED驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)品上就具有此功效，參考圖1。
圖1(a)：采用I2C把持接口的LED驅(qū)動(dòng)電路
圖2(b)：采用單線式S-Wire把持接口的LED驅(qū)動(dòng)電路
這些驅(qū)動(dòng)芯片需要兩個(gè)箝位電容，分辨位于輸出與輸進(jìn)端以及一個(gè)用來把持最高輸出電流的電阻(R1)，漸進(jìn)式亮度變更把持指令則由處理器通過I2C或I/O口送到驅(qū)動(dòng)芯片，指令本身應(yīng)當(dāng)包含起始與終極電流值以及亮度變更的時(shí)間間隔。
假如利用在RGB LED上時(shí)，這樣的功效就能夠用來產(chǎn)生情境式的照明后果，每個(gè)RGB LED都有32級亮度，像NCP5623這類的LED驅(qū)動(dòng)芯片就可達(dá)到驚人的32,768種色彩變更，由于如此精致的亮度級差及內(nèi)嵌有對數(shù)算法，色彩的變更呈線性化且相當(dāng)柔順，RGB LED驅(qū)動(dòng)電路包含用來調(diào)劑3顆LED輸出電流的獨(dú)立把持PWM電流源，以便產(chǎn)生所需的色彩輸出。
圖2：具備I2C把持接口的典范RGB LED驅(qū)動(dòng)芯片利用。
由于每個(gè)電流輸出的時(shí)序與電流大小都可以獨(dú)立把持調(diào)劑，因此我們就能夠應(yīng)用白光或帶有色彩的LED，并利用不同的發(fā)光模式來實(shí)現(xiàn)豐富多彩的裝飾或唆使，部分具備音頻輸進(jìn)的電路還能夠讓彩色LED與內(nèi)部嵌進(jìn)的MP3或和弦鈴聲的不同頻帶雷同步。
ICON模式
您是否曾在黑暗中從移動(dòng)電話上看時(shí)間，這時(shí)明亮背光與黑暗環(huán)境的強(qiáng)烈對照對眼睛來說相當(dāng)不舒暢，假如您在觀賞電影過程中感到無聊來看時(shí)間，還可能會干擾隔壁的觀眾，這也就是為什么采用“ICON”模式，即在待機(jī)模式下以渺小的電流在外部LCD面板上顯示時(shí)間或用戶定義的圖片。不過假如這必需通過PWM亮度把持來實(shí)現(xiàn)，那么處理器就得在全部待機(jī)模式下產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的低頻PWM信號，在NCP5602中，這個(gè)功效采用硬件方法實(shí)現(xiàn)，并且通過表1中的數(shù)字命令來加以啟動(dòng)。
表1：NCP5602的I2C內(nèi)部存放器位安排。
由處理器送到驅(qū)動(dòng)芯片的數(shù)據(jù)字節(jié)中的B5代表的是ICON模式的狀態(tài)，當(dāng)B5為LOW時(shí)，表現(xiàn)應(yīng)用的是正常的背光模式，每個(gè)LED的電流可以在0mA～30mA之間調(diào)劑，當(dāng)B5為HIGH時(shí)，那么就會啟動(dòng)ICON模式，并且只會將450μA的電流送到所連接的兩顆LED中的一個(gè)上，在這個(gè)器件中ICON模式的電流值為固定值，但在類似NCP5612的產(chǎn)品上，這個(gè)電流則可以通過單線式通信協(xié)議來加以把持，圖3顯示了通過I2C通信協(xié)議中SCL與SDA連接線的ICON把持程序。
圖3：ICON模式把持時(shí)的簡略SCL與SDA連接線上的數(shù)據(jù)次序。
線性穩(wěn)壓器/電流源解決計(jì)劃
在應(yīng)用具備約3.3V較低正向電壓的猬集式LED時(shí)，可選擇線性穩(wěn)壓器供給驅(qū)動(dòng)電流，線性穩(wěn)壓器與開關(guān)轉(zhuǎn)換器比擬，上風(fēng)在于較低本錢及較低電磁干擾，因線性穩(wěn)壓器只需在驅(qū)動(dòng)芯片的外圍參加幾顆電阻，且無需應(yīng)用開關(guān)器件，但這類解決計(jì)劃的毛病是下降了電池電壓工作范疇，圖4顯示應(yīng)用NUD4301低壓降線性穩(wěn)壓器做為兩顆LED驅(qū)動(dòng)電路的情況，依尺度0.2V壓降及3.3V的LED正向電壓考慮，穩(wěn)壓器將在電池電壓低于3.5V時(shí)離開穩(wěn)壓模式進(jìn)進(jìn)飽和模式，這將造成穩(wěn)壓器輸出電流大幅下滑且LED亮度變暗。但若最低電池電壓在可接收范疇，則線性穩(wěn)壓器還是小型LCD面板最具本錢效益的背光解決計(jì)劃。
圖4：采用線性穩(wěn)壓器NUD4301做為推動(dòng)小型LCD面板背光的兩顆LED驅(qū)動(dòng)電路。
移動(dòng)電話上的臨時(shí)照明利用
移動(dòng)電話所供給的LED照明功效廣泛被認(rèn)為是相當(dāng)精妙的設(shè)計(jì)，由很多手電筒現(xiàn)在都由數(shù)顆低功率LED組成，并通過相對較低的20mA到60mA電流驅(qū)動(dòng)的趨勢可看出。這類照明可做為便攜式手電筒，但它微弱的照明強(qiáng)度對支撐黑暗環(huán)境下的拍照動(dòng)作卻顯不足，事實(shí)上必需要有一個(gè)或更多高功率LED才干支撐1米或更遠(yuǎn)的物體拍攝照明，阻礙工程師采用高功率LED的重要原因還是本錢標(biāo)題，但在臺灣地區(qū)與韓國制作商逐漸提高功率LED的產(chǎn)能后，預(yù)感單價(jià)將會開端降落。
高功率閃光燈用LED
在照明與閃光模式下通常應(yīng)用不同的電流與驅(qū)動(dòng)時(shí)間，例如在照明模式下可以應(yīng)用200mA的持續(xù)電流，而在閃光模式下則采用400mA到1A的脈沖電流，閃光脈沖的時(shí)間是非依相機(jī)模塊的特征而定，通常閃光脈沖的寬度介于20ms到200ms之間，閃光驅(qū)動(dòng)電路能支撐閃光LED大約1A的驅(qū)動(dòng)電流，供給LED高達(dá)4.9W的輸出，為讓LED的結(jié)溫保持在最高可容的范疇，必需用良好的溫度治理策略，將脈沖寬度縮小有助下降不必要的耗費(fèi)，而較大的接地面積也是將熱量從LED導(dǎo)出的一個(gè)推薦方法。
單顆高功率閃光燈驅(qū)動(dòng)電路
升壓式轉(zhuǎn)換器是支撐高功率LED中最高達(dá)4.9V正向電壓的必備條件，但是就算是雷同的LED芯片，正向電壓在不同條件下也會不同。當(dāng)LED升溫時(shí)，正向電壓可能會滑落到低于輸進(jìn)電池電壓，因此就需要降壓式轉(zhuǎn)換器。技巧上說，升降壓轉(zhuǎn)換器是推動(dòng)單顆高功率LED最合適解決計(jì)劃，但這類驅(qū)動(dòng)芯片通常本錢較高，同時(shí)需要配用提高總體本錢與體積的外部電感。升降壓轉(zhuǎn)換器的長處則在于較高的整體效率，重要原因是完整應(yīng)用了電池的能量，同時(shí)能供給超過1A甚至更高的超高輸出電流。新推出的高電流電荷泵驅(qū)動(dòng)電路是升降壓轉(zhuǎn)換器的一個(gè)低本錢調(diào)換解決計(jì)劃。但電荷泵轉(zhuǎn)換器的輸出電流最高大約在700mA，重要還是受到較低效率以及從電池汲取電流的限制。
集成型照明治理芯片
具備背光與閃光功效，部分甚至還具備RGB與其它影音功效的集成型照明治理芯片(LMIC)目前已經(jīng)面市，它包含可采用電荷泵或電感式設(shè)計(jì)的升壓轉(zhuǎn)換器。每個(gè)輸出則由可調(diào)式電流源供給，這樣的解決計(jì)劃在翻蓋式或滑蓋式手機(jī)中特別有用，由于它免往了由電源治理單元拉到電話另一面所需的長路徑。NCP5608是一個(gè)可供給高達(dá)500mA的總電流，配備8個(gè)輸出的集成型電荷泵驅(qū)動(dòng)芯片，它的輸出電流可由處理器通過I2C端口來調(diào)節(jié)，同時(shí)也能組成不同的LED配置來滿足各種平臺的需求。目前通過單線的數(shù)字把持已廣泛利用在獨(dú)立型背光LED驅(qū)動(dòng)芯片上，不過這樣的把持協(xié)議對LMIC來說速度太慢且太復(fù)雜，原因在集成驅(qū)動(dòng)電路中需采用各種不同的把持組合。相反，在LMIC上通常會應(yīng)用具有時(shí)鐘與數(shù)據(jù)線的I2C或其它專用把持協(xié)議。
圖5：集成型LED驅(qū)動(dòng)芯片供給了各種不同的LED組合變更，從4顆以25mA電流驅(qū)動(dòng)的背光功效與4顆供給閃光燈用的100mA LED，一直到聯(lián)合所有輸出來推動(dòng)一個(gè)高功率LED的閃光燈利用。
圖6：具備內(nèi)部開關(guān)與時(shí)間限制保護(hù)的4.5W功率閃光燈驅(qū)動(dòng)電路。
拍照手機(jī)中真正的閃光燈功效
市場上已呈現(xiàn)300萬甚至更高像素的移動(dòng)電話來支撐高質(zhì)量的照相功效，為能讓LED供給與氙氣式閃光燈媲美的照明強(qiáng)度，可通過推動(dòng)兩顆或更多的高功率LED作為閃光燈；具備4.5W高功率驅(qū)動(dòng)才能的電感式升壓轉(zhuǎn)換器可以500mA的驅(qū)動(dòng)電流推動(dòng)兩顆串聯(lián)的LED。留心，在這類驅(qū)動(dòng)電路中必需參加時(shí)間限制保護(hù)電路以避免LED長時(shí)間工作而損壞，同時(shí)驅(qū)動(dòng)芯片中也應(yīng)參加開關(guān)來轉(zhuǎn)變照明與閃光利用時(shí)的電流大小。
本文小結(jié)
LED的批量供貨已經(jīng)讓移動(dòng)電話與PDA上LCD面板背光用低功率LED的單價(jià)越來越低，新推出的背光驅(qū)動(dòng)芯片也內(nèi)嵌步進(jìn)式亮度把持以及不需任何軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)也不耗費(fèi)任何微處理器資源的情境照明把持功效，而這些LED驅(qū)動(dòng)電路可以幫助便攜式產(chǎn)品制作商縮短開發(fā)時(shí)間。而在較低本錢的解決計(jì)劃上，則可以應(yīng)用線性穩(wěn)壓器來推動(dòng)正向電壓較低的LED。另一方面，市場上也呈現(xiàn)幾種閃光燈驅(qū)動(dòng)解決計(jì)劃。分辨為獨(dú)立型升降壓轉(zhuǎn)換器、高電流電荷泵驅(qū)動(dòng)電路以及照明治理芯片。大部分的功率閃光燈可能包含幾個(gè)尺度的LED或一顆高功率LED，目前拍照手機(jī)中高功率LED尚未普及的重要原因是單價(jià)較高。在部分高端移動(dòng)電話中應(yīng)用了兩顆LED以便供給較高亮度的閃光燈來強(qiáng)化拍照手機(jī)的拍照后果。在拍照手機(jī)逐漸代替數(shù)碼相機(jī)的趨勢下，更高功率的閃光燈解決計(jì)劃將越來越普及，從而為用戶供給真正的拍照體驗(yàn)。（文/安森美半導(dǎo)體低電壓電源治理產(chǎn)品市場經(jīng)理林欣欣）
