電池供電產品的LED控制問題

時間：2024-07-31 23:23:49 理工畢業論文我要投稿

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電池供電產品的LED控制問題

摘要：白光LED具有使用簡單、成本低的特點，其用量在最近幾年呈現出穩步上升的趨勢，在例攜式產品中被廣泛用作閃光燈、顯示器背光等。本文介紹幾種白光LED的驅動方案。

1 概述

LED為電流驅動器件，光輸出強度由流過二極管的電流決定。圖1是由電壓源和限流電阻構成的一種簡單偏置電路，流過LED的電流由下式確定：IDIODE=(VCC-VF)/[RLIM RDS(ON)]這種方式成本較低，但不同的二極管VF（正向電壓）的參數一致。圖2、圖3表示25℃時LED的正向電壓（典型值）與導通電流關系曲線。從電流指標可以看出：對于GaAsP二極管，VF可以上升到2.7V（ 40%）；對于InGaN二極管，VF可以上程式到4.2V（ 20%）。如果系統中需要多個LED，如蜂窩電話背板顯示器采用8個LED，則按照圖1的設計方案將需要多個限流電阻，占用較大的線路板面積。

如果將Vcc增大到VF的10倍以上可以減少VF變化的影響，但耗電較大，不符合電池供電產品的需求。對于采用單片Li 電池供電的系統，Li 電池電壓的變化范圍為4.2～3V。如果LED的偏置電路只是簡單的由Li 電池和限流電阻提供，輸出亮度將會產生明顯的變化。合理的方案應該是采用電流偏置電路。

2 電流偏置電路

電流偏置電路實際上是用1個電流源為LED提供偏置。如果電流源具有足夠的動態范圍，這種偏置方式將不受VF變化的影響。圖4為電流偏置方案的原理框圖。該電路將圖1中的限流電阻用電流源替代。光輸出強度與電源和正向電壓無關，只要有足夠的電源電壓為電流源和LED提供偏置即可。圖4中Q1為使能控制開關。

MAX1916等專用LED驅動芯片提供了一種先進的LED電流偏置電路。MAX1916在微型SOT23封裝內集成了3組電流源，流過RSET的電流鏡像到3個輸出端，如圖5所示。電路中幾個相同的MOSFET具有相的柵-源電源，因此，它們的溝道電流相同，電流的大小由鏡電流ISET決定。MAX1916的電流最大失配度為±5%，“鏡像系數”為200A/A。也就是說，當ISET為50μA時，每個輸出端的電流為10（1±0.05）mA（最大）。SET端由內部偏置在1.25V。ISET由下式決定：

ISET=(Vcc-1.25V)/RSET

IOUT=200ISET，每路電流之間偏差為±5%。輸出端飽和電壓：

VOUT（SAT）=RD-S·IOUT

MAX1916的漏源電阻在整個溫度范圍內保證不高于50Ω,一個工作電流為2mA的GaAsP二極管保證正常工作所需要的最低電壓是：VF 100mV，2.71V的輸入電壓能夠將將GaAsP LED工作電壓保護到2.7V。為了獲得更低的壓差和更高的輸出電流，可以將MAX1916的三路輸出并聯構成“鏡像系數”為600的電流源，如圖6所示，并聯后的漏源電阻為50/3=16.67Ω(最大值)。這種連接方式允許單個白光LED在3V供電時電流達到20mA以上，滿足目前便攜式蜂窩電話等產品的背光要求。用于設置端電流的電壓源可以由帶載能力較強的主電源單獨提供，例如，在蜂窩電話中，VSET可以由射頻（RF）電路的低噪聲 2.8V電源提供。如果直接由單節Li 電池供電，MAX1916適用于驅動正向電壓較低的GaAsP LED，而對于正向電壓較高的InGaN白光LED則需采用其它驅動方案。因為Li 電池供電時，隨著電池的放電，輸入電壓可能無法滿足LED所要求的偏置電壓。

3 電荷泵升壓轉換器驅動白光LED

對于正向電壓在3.5～4.2V（在20mA條件下）的白光LED通常需要升壓轉換器，可以用電荷泵（如MAX682～MAX684）與MAX1916共同構成這種LED的驅動電路，如圖7所示。MAX682～MAX684能夠將2.7V的輸入電壓轉換為5.05V輸出，輸出電流能夠分別達到250mA、100mA、50mA。利用MAX684的關斷控制引腳或MAX1916的使能控制引腳可以關閉LED。圖7電路中，MAX684在關斷模式下，電源電流降至22μA；RSET=43kΩ時，LED電流為22mA；

圖8是利用電荷泵構成LED電流控制電路，反饋調節電壓的典型值為1.235V，Ip

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