便携式电子产品是指手机、数码相机、游戏机、平板电脑、移动DVD(或EVD)等产品,配套的液晶屏尺寸较小,具有电池供电功能。由于在该类产品中,电池的续航时间是产品的一项重要参数,因此其液晶屏的背光已大量采用节能光源一大功率LED,如图1所示,并配套高效的LED驱动电路。

        在通常情况下,3英寸及其以下的LCD的背光需要2~4只高亮度白光LED,5英寸左右的ICD则需要7~9只高亮度白光LED,7英寸左右的LCD则需要约12只高亮度白光LED.同时,,在这类电器中还配套有结构完整、工作效率高的LED驱动电路。
一、驱动电路特点
1.多采用恒流驱动方式

       若要LED发光,且流过预期的正向电流,则需给LED加上一定的正向电压,且正向电压的小幅变化易导致LED电流的大幅变化。如给LED加上恒定的电压(恒压)理论上能让LED的正向电流保持恒定,但实际由于受温度、LED内芯材料等因素影响,LED的正向电流并不一定能保持稳定,这将导致其发光亮度的不稳定。因此,在对亮度要求较高的场合,不采用恒压驱动方式,而是采用恒定电流来驱动LED (恒流驱动)。

       恒流驱动可消除因正向电压或温度等变化所导致的电流变化,从而使LED亮度保持稳定。在实际电路中,每串LED中均串联有一只电流检测电阻,若要调节LED的电流,可通过改变该电流检测电阻的阻值或电源电压来实现。

2.多采用PWM调光方式

       许多便携式LCD背光都需要有限度地调节亮度。LED亮度调节有模拟和PWM两种调光方式:模拟调光是根据LED是电流驱动器件,其发光亮度随正向电流的增大而增大这一-特点来实现的,这种方式的控制电路简单,但会出现LED发光颜色偏移现象,从而影响图像的观看效果,因此这一方式实际使用率并不高;PWM调光是脉冲控制LED的亮熄时间,从而调节其平均亮度,为确保使用者看不到LED的亮、熄现象,调光脉冲的频率必须高于100Hz。
3.具有过压保护功能
       在恒流驱动方式中,无论负载如何变化,都可输出固定的电流。如果负载增大,则电源输出电压有可能会升高。若驱动电路没有过压保护功能的话,那么输出电压可能会超出电路元件的耐压值,极易导致元器件损坏。
二、代表型驱动芯片简介
1.高电压LED驱动芯片HV9911
    HV9911是美国Supertex公司推出的第二代高电压LED驱动芯片,采用16PIN soIC封装,主要用于汽车照明和电池驱动LED灯等电路中。HV9911内部集成有一个闭合环路的开关模式LED驱动器,一个负载调节运算跨导放大器,对LED脉宽调光具有良好瞬态特性,其典型应用电路如图2所示。


2.小型白光LED驱动器LM2751
       LM2751是美国国家半导体(NS)公司推出的一款小型白光LED驱动器,采用10PIN LLP无铅封装,内置固定频率的电荷泵,在输人电压为2.8V~5.5V的情况下,可稳压输出4.5V或5.0V电压,输出电流为150mA( 4.5V )或80mA(5V)。
       LM2751多用于白色LED显示和键盘背光系统中,还用于升压或降压稳压电路中。LM2751内部电路工作频率可由外接元件进行设定,具体开关频率有725kHz、300kHz、37kHz、9.5kHz等。LM2751的典型应用电路如图3所示。


3.白色LED驱动芯片LT3486
        LT3486是凌力尔特公司(Linear Technology)生产的双通道升压与恒流LED驱动器,可驱动16只白光LED(每个通道8只LED串联),并具有PWM调光功能,输人电压为2.5V~24V,主要用于便携式电子产品与汽车的显示屏的背光系统中。


        LT3486内部集成有两个独立的转换器以及软启动、突波电流限制LED开路保护等电路,可驱动不对称的LED字阵,效率高达85%。转换器的工作频率200kHz或2MHz,具体值可通过外接电阻进行设定,其典型应用电路如图4所示。LT3486通过PWM驱动器控制其工作周期进行调光,调光范围
达1000:1,由于采且固定频率的恒流驱动模式,所以能稳定保持LED亮度均匀。IT3486EDHC采用DFN-16封装,LT3486EFE则采用TSSOP-16E封装。
4.并联式白光LED的驱动芯片AIC1848
       AIC1848是台湾沛亨半导体股份有限公司针对手机、PDA(掌上电脑)、数字相机等可携式电子产品,推出的一款并联式白光 LED的驱动芯片。
       AIC1848采用两倍电荷泵(2XCharge- Pump )提供稳定的5V输出电压,并以恒定电压的方式驱动多颗并联白光LED,其典型应用电路如图5所示。AIC1848的工作频率高达1.8MHz,外围电路非常简单,仅需外接3只陶瓷电容,不需连接电感,驱动电路占用空间很小,符合便携式电子产品小体积、高效能的要求。同时,AIC1848具有过电流(oCP)保护及热关机(Thermal Shutdown)功能,使白光LED驱动电路具有更高的可靠性与稳定性。


5.白光LED驱动芯片TB62752AFUG
      TB62752AFUG是东芝公司生产的一款2~8只白光LED驱动芯片,采用SOT23-6的封装,如图6所示。该芯片的输人电压为2.8V~5.5V,输出电流为20mA,具有高效率(高达80%)、高精度(电流误差值约为5%)、高耐压的(最大耐压电压为40V)优点,内置有过电压保护(OVP)电路,稳定可靠,主要用于手机、数码相机、可携式游戏机等产品中。

6.白光LED驱动器AP3008
       AP3008是BCD半导体公司.(BCD Semiconductor)生产的一款串联升压式白光LED驱动器,能满足LCD背光均匀、低成本、高性能、恒流等要求。
       AP3008为电流模式的升压式DC-DC变换器,内置功率开关管,并集成有1.25V的基准电源、误差放大器、1.2MHz振荡器、斜波发生器、电流取样放大器pWM及R/S触发器、过压保护(oVP)、输出驱动等电路。
       因AP3008内置有UVLO电路,具有2.5V~15V很宽的工作电压范围。过压保护电路检测PWM脉冲输出的峰值电压,当PWM脉冲的峰值电压高于内部设置的阈值电压时,过压保护电路动作,关闭PWM开关电路。若要使电路重新工作,则断电后再上电,或在④脚加上一个由低到高的信号。
       当输人电压为3.2V时,AP3008可以驱动4只白光LED,输出电流最大为20mA;当输人电压为5V时,它可以驱动6只白色LED,输出电流最大仍为20mA。AP3008采用soT23-5和TSOT23-5封装,典型应用电路如图7所示。


7.白光LED驱动芯片AS3691
        AS3691是奧地利微电子公司(AMS)推出的白光LED驱动芯片,可通过外部电阻设定每个LED通道的工作电流,LED的亮度则由四个独立的脉冲宽度调节器控制。因每只AS3691芯片中集成有四个独立工作的电流控制电路,如图8所示,故该芯片能同时驱动四路白光LED,每路输出电流为400mA,或是仅驱动一路白光LED,但可输出1.6A电流。


       为了减少电感升压器产生的电磁干扰(易造成图像闪烁),AS3691内置有线性驱动器;为了提升驱动效率,该芯片内部每个通道都设有-个回馈输出端。AS3691采用小型QFN4 x 4封装,工作电压可高达15V,对LED的电流的控制精度达0.5%。
8.高效白光LED驱动芯片CAT3614
     CAT3614是Catalyst Semiconductor公司推出的一-款新型高效白光LED驱动芯片,可为较大尺寸液晶屏提供无闪烁的背光照明。CAT3614的典型应用电路如图9所示,取消了传统高亮度LED驱动所需的电感升压电路,从而简化了系统设计,非常适合手机.PDA和数码相机使用。


9.高效率白光LED驱动器SiP12401

     SiP12401是威世(VISHAY)公 司针对高效率白光LED驱动而设计的,主要用于手机和数码相机等便携式电子设备中。SiP12401的工作电压为1.8V~5.0V,可由镍氢或锂离子电池来供电,以驱动串联的白光LED,其典型应用电路如图10所示。SiP12401内置有频率补偿的电压模式PWM电路,工作频率可达600kHz,驱动效率可达80%,待机电流仅为1uA.


10.白光LED倍压芯片MAX1576
       MAX1576Y是一款白光LED 倍压芯片,采用24引脚薄型QFN封装,可提供480mA电流给白光LED。该芯片的工作频率为固定的1MHz,仅需非常少的外部元件,就能实现低EMI和低输人纹波的LED驱动,主要用于液晶屏的背光驱动和照相机闪光灯电路中。


       MAX1576Y可驱动8只高亮度白光LED,如图11所示。该电路具有恒定电流调节功能,能实现统一的光强度;既能以30mA的电流驱动每组(LED1~LED4、Led5~LED8),也能以100mA的电流驱动每只LED(总电流400mA)。
       另外,该芯片内部集成有自适应的1倍/1.5倍/2倍电荷泵和超低压差的电流调节器,能在1节锂电池供电的情况下高效驱动LED。MAX1576Y使用两只外接电阻设置主LED和闪光灯LED的最大电流,使用四个控制引脚通过串行控制或每组2位逻辑控制实现LED亮度控制:ENM1和ENM2端可将主LED的电流设置为最大电流的10%、30%或100%, ENF1和ENF2端可将闪光灯LED的电流设置为最大电流的20%、40%或100%。另外,若将每一对控制引脚连接到一起,可实现单线、串行脉冲亮度控制。
11.高亮度白光LEd驱动芯片NCP5603
   NCP5603是安森美半导体(ONSemiconductor )公司推出的高亮度白光LED驱动芯片,采用DFN-10封装供货,大小(长x宽x高)农为3mm x 3mm x 0.9mm,主要用于手机、相机等可携式消费性电子产品的照明或闪光灯驱动电路中。NCP5603内部集成有一个充电泵电路,只需外接两只陶瓷电容C1、C2就能实现电压的变换,如图12所示,省去传统电压转换所需的体积较大的电感,这样就使得驱动电路占用的面积非常小,更能满足可携式消费电子产品对内部空间的要求。该芯片的输入电压为2.7V~5.5V,经其内部电路转换后可从①脚输出稳定的电压,供给负载。另外,该芯片具有1倍、1.5倍与2倍自动运行模式,其转换效率可达90%,且输出电流高达350mA,可用来驱动功率达1W的高亮度LED,特别适合用作采用电池供电的大电流LED驱动芯片。同时,该芯片的的⑥脚为PWM/EN输入端,用作LED驱动开/关及亮度调节控制。


     此外,由于NCP5603无需外部电感来储存能量,因此该芯片还可作为一款低成本小型升压式DC-DC转换器,稳定输出4.5V~5V电压,供给手机、MP3播放机或数码相机的音频放大器。

12.白光LED驱动芯片AQ913X/4X系列
      AQ913x、及AQ914x系列芯片是雅捷科技公司(ArquesTechnology)生产的白光LED驱动器,工作频率为固定的650kHz,可将锂离子电池(电压范围是2.9V~4.2V)的电压调节为可以驱动白光LED的电压(范围是3.0V~3.6V),并带欠压锁定功能,非常适合用作小型LCD背光或闪光灯的驱动。
       该系列芯片的待机功耗低(在待机状态下的电流仅为10uA),并采用自动切换工作模式,当电源电压足够时,IC工作在LDO(1倍)模式,以减少输入电流,并提高效率;当LED驱动电流不足时,芯片内部电路自动切换至1.5倍(Charge pump)工作模式,以提高电池的使用效率。
       AQ913X或AQ914X系列芯片可分别驱动3只或4只并联的白光LED,输出的可调整电流之和可达120mA,且每只LED的驱动电流误差小于2%,LED的发光亮度一致性好。
       另外,该芯片的ISET1端外接LED电流调整电阻。在ENB端既可输人PWM信号,对LED的亮度进行调整,也可作为定时闪光控制端。