基于低压差线性LED驱动器的手机背光解决方案

基于低压差线性LED驱动器的手机背光解决方案

目前，白光LED主要用作手机屏幕的背光源。 由于不同供应商提供的屏幕尺寸和规格不同，背光驱动方式和背光驱动芯片也不同。 然而，目前使用的背光芯片主要有两种，一种是驱动串联LED或OLED的升压芯片，另一种是驱动并联LED的电荷泵芯片。

对于串联的LED背光源，需要根据串联的LED数量将锂电池电压升压到不同的电压。 对于OLED背光，一般需要将锂电池升压到12V。 这两种应用都需要升压芯片来驱动背光。 Sipex 最多可驱动 8 个串联 LED（图 1a）。 目前升压驱动芯片的效率在75%~85%之间，可以保证发光亮度一致，但需要使用储能电感，会造成一定的电磁干扰问题。

对于并联LED背光应用，Sipex的电荷泵可以输出最大300mA的驱动电流来驱动10个并联LED（图1b）。 Sipex的电荷泵驱动芯片是恒流LED驱动器，可以工作在1x模式和1.5x模式。 1x模式下效率最高可达92%，1.5x模式下效率为60%~70%。 电荷泵的工作原理是以高开关频率对电容器进行充放电，实现电能转换，并根据输入电压自动在降压和升压模式之间切换，因此不需要外部电感，而是存储通过电容器的能量。

随着LED技术的不断进步，LED导通压降不断降低。 Sipex的低压差线性LED驱动器系列不需要升压，因此外围电路非常简单，不需要电感和电容，只需要一个电阻来设置流过LED的电流。 图2a和图2b所示的应用电路分别可以驱动4个LED和3个LED，并且可以驱动2个LED。

图1：(a)背光源应用电路图； (b)背光应用电路图。

下面以低压差线性LED驱动芯片系列的应用为例进行介绍。 Sipex的低压差线性LED驱动芯片与传统LED驱动芯片不同。 它们并不需要通过手机聚合物锂电池升压来点亮LED，而是基于降压的恒流LED驱动芯片。 如图2a所示，它是一个吸收电流的LED驱动芯片。 流过LED的电流与设置电阻Rset上的电流成正比。 同时，流过LED的电流也与LED的正向压降Vf和LED的阴极电压成正比。 有关的。 因此，应用Sipex低压差线性LED驱动器的一个重要条件是LED的导通压降不能太高。 一般建议使用导通压降小于或等于3.2V的LED。

该系列最大的优点是应用简单，外围电路只需要一个电阻来设置电流。 当LED阴极对地电压VLED≤300mV时，流过LED的电流为：

ILED＝200×(-VCTRL)／Rset

图2：(a)背光源应用电路图； (b)/12A背光源应用电路图； (c)通过两个GPIO口和两个电阻调节背光亮度的示意图。

当LED阴极对地电压VLED≥500mV时，流过LED的电流为：

ILED＝435×(-VCTRL)／Rset

其中200和435是电流的放大倍数。 由此可见，LED电流等于流过Rset的电流乘以一个放大倍数，而这个放大倍数与LED的导通压降有关（如图3所示）。

图3：LED电流的放大倍数与LED导通压降的关系。

在手机背光应用中，需要调节亮度，该系列LED驱动器可以通过多种方式调节亮度：

模拟调节。 如图2a所示，调节给定电压或电流设置电阻Rset即可调节LED电流，达到控制亮度的目的。 数字监管。 当给定电压和电流设置电阻时，可以通过引脚CTRL输入PWM信号来调节亮度。 可以通过手机平台的GPIO口输出PWM信号，通过软件设置PWM的占空比，达到控制亮度的目的。 该PWM信号的最大频率可以达到1MHz，但考虑到目前LED的响应速度不会超过10kHz，建议频率为500Hz~1.5kHz。

表 1：GPIO 端口设置表。

3. 通过两个GPIO口和两个电阻，分6级调节背光亮度，如图3c所示。 GPIO端口可参考表1进行设置，其中R1大于R2，具体电阻值可根据实际应用情况设置。

效率也是手机背光应用中的一个重要参数。 背光效率最准确的计算应该是将 LED 消耗的能量除以输入能量。 由于该系列低压差线性LED驱动芯片的工作漏电流很小（uA级），因此流过所有LED的输出电流可以近似等于输入电流，整体效率等于导通电压LED的压降Vf与输入电压（即电池电压）之比。

效率＝100×Vf／

建议LED导通压降小于等于3.2V，若Vf=3.2V，效率如表2所示。当电池电压小于3.6V时，整体背光效率为高于90%； 当电池电压为4.2V时，最低效率为76%。 目前，手机锂电池的工作范围在3.4V至4.2V之间。

大约20%的电池能量集中在4.2~4.0V之间，70%的能量集中在4.0~3.5V之间，剩余10%的电池能量集中在3.5V以下的范围，因此电池电压从 4.0V 变为 4.0V。 ~3.5V 范围内的效率最为重要。 该系列的效率为80%~91.4%，电池电压越接近LED的导通压降，效率越高。

与升压驱动芯片和电荷泵芯片相比，低压差线性LED驱动芯片系列的效率并不逊色，并且在电池电压降低时具有更好的性能。 当电池电压降低时，该系列的背光效率反而会增加，而升压驱动器和电荷泵驱动芯片的背光效率此时会降低。 虽然目前的升压驱动芯片和电荷泵驱动芯片可以达到90%以上的效率，但整体背光效率在75%到85%之间，并且需要电感或电容等储能元件。

低压差线性LED驱动器系列是一款共阳极恒流LED驱动器芯片。 它不需要储能元件，外围简单。 只需要一个电流设定电阻，即可通过模拟或数字方式调节背光的亮度。 最高效率可达90%以上，整体背光效率可达85%左右。 此外，Sipex还将继续推出共阴极驱动芯片，丰富低压差线性LED驱动市场的产品线。