电池供电产品的LED控制问题

来源：单片机与嵌入式系统应用 作者：maxim公司 andy fewster文 魏 智 摘要：白光led具有使用简单、成本低的特点，其用量在最近几年呈现出稳步上升的趋势，在例携式产品中被广泛用作闪光灯、显示器背光等。本文介绍几种白光led的驱动方案。 关键词：白光led 便携式产品 dc-dc转换器 1 概述 led为电流驱动器件，光输出强度由流过二极管的电流决定。图1是由电压源和限流电阻构成的一种简单偏置电路，流过led的电流由下式确定：idiode=(vcc-vf)/[rlim+rds(on)]这种方式成本较低，但不同的二极管vf（正向电压）的参数一致。图2、图3表示25℃时led的正向电压（典型值）与导通电流关系曲线。从电流指标可以看出：对于gaasp二极管，vf可以上升到2.7v（+40%）；对于ingan二极管，vf可以上程式到4.2v（+20%）。如果系统中需要多个led，如蜂窝电话背板显示器采用8个led，则按照图1的设计方案将需要多个限流电阻，占用较大的线路板面积。 如果将vcc增大到vf的10倍以上可以减少vf变化的影响，但耗电较大，不符合电池供电产品的需求。对于采用单片li+电池供电的系统，li+电池电压的变化范围为4.2～3v。如果led的偏置电路只是简单的由li+电池和限流电阻提供，输出亮度将会产生明显的变化。合理的方案应该是采用电流偏置电路。 2 电流偏置电路 电流偏置电路实际上是用1个电流源为led提供偏置。如果电流源具有足够的动态范围，这种偏置方式将不受vf变化的影响。图4为电流偏置方案的原理框图。该电路将图1中的限流电阻用电流源替代。光输出强度与电源和正向电压无关，只要有足够的电源电压为电流源和led提供偏置即可。图4中q1为使能控制开关。 max1916等专用led驱动芯片提供了一种先进的led电流偏置电路。max1916在微型sot23封装内集成了3组电流源，流过rset的电流镜像到3个输出端，如图5所示。电路中几个相同的mosfet具有相的栅-源电源，因此，它们的沟道电流相同，电流的大小由镜电流iset决定。max1916的电流最大失配度为±5%，“镜像系数”为200a/a。也就是说，当iset为50μa时，每个输出端的电流为10（1±0.05）ma（最大）。set端由内部偏置在1.25v。iset由下式决定： iset=(vcc-1.25v)/rset iout=200iset，每路电流之间偏差为±5%。输出端饱和电压： vout（sat）=rd-s·iout max1916的漏源电阻在整个温度范围内保证不高于50ω,一个工作电流为2ma的gaasp二极管保证正常工作所需要的最低电压是：vf+100mv，2.71v的输入电压能够将将gaasp led工作电压保护到2.7v。为了获得更低的压差和更高的输出电流，可以将max1916的三路输出并联构成“镜像系数”为600的电流源，如图6所示，并联后的漏源电阻为50/3=16.67ω(最大值)。这种连接方式允许单个白光led在3v供电时电流达到20ma以上，满足目前便携式蜂窝电话等产品的背光要求。用于设置端电流的电压源可以由带载能力较强的主电源单独提供，例如，在蜂窝电话中，vset可以由射频（rf）电路的低噪声+2.8v电源提供。如果直接由单节li+电池供电，max1916适用于驱动正向电压较低的gaasp led，而对于正向电压较高的ingan白光led则需采用其它驱动方案。因为li+电池供电时，随着电池的放电，输入电压可能无法满足led所要求的偏置电压。 3 电荷泵升压转换器驱动白光led<