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白光LED驱动器-在串联及并联应用之比较

上传人:吴志钰

上传时间: 2006-03-01

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  在可携式电子产品应用极为广泛的白光LED,通常需要一组可将电池电压升高的驱动器才能运作,目前市面上常见的驱动器大约可分为并联式及串联式两种,本文将分析此两种驱动方式的优缺点,并举例说明此两种方式之解决方案,再进一步针对调光方法做介绍。

  近几年行动电话(Cellular phone)、PDA(Personal Digital Assistant)、数字相机(Digital Still Camera)等携带式产品的屏幕都已彩色化,并且能进行更生动的显示方式。犹记得前几年笔者就学时期,电视还在广告一款手机可由来电显示的颜色分辨是不是情人来电,当时如果同学间能有一款像这样的手机,便已是大家瞩目的焦点,没想到才过短短两三年,手机屏幕不只能以彩色动画方式显示、可在上面玩游戏,还可将手机及数字相机结合、利用手机来照相,实在无法不令人赞叹科技发展之迅速。

  这些屏幕之所以能有如此迅速的发展,全需归功于白光LED背光模块的出现,而白光LED也逐渐成为这些电池驱动的携带式产品不可或缺的零件,但以手机而言,单纯一颗锂离子电池的电压(3.0V~4.2V)并无法供给需有3.6V顺向电压的白光LED,因此我们需要一组可以将电池电压升压并使其顺利推动白光LED的驱动器。目前市面上常见的驱动器大约可分为并联式及串联式两种,本篇文章即是分析此两种驱动方式的优缺点,并举例说明此两种方式之解决方案,再进一步针对调光方法做介绍。

  白光LED之驱动模式

  并联模式-充电泵转换器

  (图一)为并联模式的解决方案,AIC1845是一个充电泵转换器,它可以提供一定电压给白光LED而不需考虑其顺向电压。这种方式有几个特性:首先,只需三个电容就可以从2.7V~5.0V 的输入电压得到稳定的5V输出电压,完全不需电感,所占的体积也很小,适合使用于轻薄短小的手机;另外,由于他不需使用电感的关系,也就没有一般转换器最头痛的线圈噪声问题。对手机而言,最怕的电磁干扰问题也就不存在了。

白光LED驱动器之并联模式

图一、白光LED驱动器之并联模式

  然而这种方式也有几个缺点:第一,虽然它可以提供一个比其顺向电压大的定电压给白光LED以顺利驱动,但对白光LED而言,其出厂时之顺向电压多少会有差异,而这些差异也造成了白光LED亮度不一的情形。第二,由于充电泵转换器的动作特性,其输出电压会是输入电压的两倍;也就是说对单颗锂离子电池而言,假设其最高电压为4.2V,若使用充电泵转换器且在没有稳压的情形下,其输出电压应为8.4V,而为了要得到稳定的5V输出电压,需将这些多出来的电压牺牲掉,这些被牺牲掉的电压也就造成此种模式输入电压越高,效率越低的主要原因。

  串联模式──电感式升压转换器

  (图二)为串联驱动器之解决方案,它可以提供一个定电流给LED,如同一般的升压转换器,它需要一个电感及整流器以达到升压效果。这种方法几个特性:首先,由于LED是以串联的形式接成的,对 LED而言所流过的电流都一样,因此LED的亮度也会相同;第二,由于升压型转换器在其最大责任周期内可以有适当的升压比,他可以提供一个足够大的电压以驱动LED,因此藉由这种方式来驱动的LED可以有较高的效率。

  和并联模式一样,串联模式也有其缺点。由于这种模式需要电感及其它外部组件方能达到升压稳压的效果,需要的组件比较多,对小型携带式产品而言所占用的体积太大了。

白光LED驱动器之串联模式

图二、白光LED驱动器之串联模式

  驱动器之动作原理

  充电泵──AIC1845

  AIC1845是一个充电泵转换器,它可以将2.7V~5.0V的输入电压升压,并提供一个稳定的5V输出电压。(图三)为其内部构造的示意图,其内部主要是由两组共4个开关所构成,当回馈电压(VFB)高于参考电压(VREF)时,控制器将开关1关闭,并将开关2打开,此时输入电压对CFLY充电至VIN,而负载所需之能量由输出电容COUT来提供;当输出电容的能量逐渐消耗,输出电压也随之下降。当VFB低于VREF时,控制器将开关1打开并将开关2关闭,此时输入电压会透过CFLY对COUT充电;在前一阶段跨在CFLY两段的电压等于输入电压,因此在这一个阶段COUT会储存相当于两倍的输入电压,内部的两个分压电阻会将输出电压稳在5 V。(图四)为充电泵的等效电路图。

AIC1845内部构造图

图三、AIC1845内部构造图

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