移动电话与PDA应用中LED照明驱动电路的设计

度变化与情境式照明

渐进式亮度变化主要应用在便携式设备启动或关机时以创造剧场式的照明效果，在启动时，背光电流会以预先设定的时间间隔以步进方式逐步放大到20mA，同样在关机时采用相反的动作逐步降低，通过微处理器的帮助，可将具备不同频率的PWM信号送到LED驱动电路的使能端来实现这样的效果，以特定时间间隔将LED电流用多重步进的方式加大或降低，但这个方法的缺点是耗费实时处理器资源，在NCP5602与NCP5612这类的LED驱动芯片产品上就具有此功能，参考图1。



图1：典型的两颗LED式电荷泵驱动器应用。(a) 采用I2C控制接口的LED驱动电路；(b) 采用单线式S-Wire控制接口的LED驱动电路。   

这些驱动芯片需要两个箝位电容，分别位于输出与输入端以及一个用来控制最高输出电流的电阻(R1)，渐进式亮度变化控制指令则由处理器通过I2C或I/O口送到驱动芯片，指令本身应该包含起始与最终电流值以及亮度变化的时间间隔。

如果应用在RGB LED上时，这样的功能就能够用来产生情境式的照明效果，每个RGB LED都有32级亮度，像NCP5623这类的LED驱动芯片就可达到惊人的32,768种色彩变化，由于如此精细的亮度级差及内嵌有对数算法，色彩的变化呈线性化且相当柔顺，RGB LED驱动电路包含用来调整3颗LED输出电流的独立控制PWM电流源，以便产生所需的色彩输出。



图2：具备I2C控制接口的典型RGB LED驱动芯片应用。   

由于每个电流输出的时序与电流大小都可以独立控制调整，因此我们就能够使用白光或带有色彩的LED，并利用不同的发光模式来实现丰富多彩的装饰或指示，部分具备音频输入的电路还能够让彩色LED与内部嵌入的MP3或和弦铃声的不同频带相同步。

ICON模式

您是否曾在黑暗中从移动电话上看时间，这时明亮背光与黑暗环境的强烈对比对眼睛来说相当不舒服，如果您在观赏电影过程中觉得无聊来看时间，还可能会干扰隔壁的观众，这也就是为什么采用“ICON”模式，即在待机模式下以微小的电流在外部LCD面板上显示时间或用户定义的图片。不过如果这必须通过PWM亮度控制来实现，那么处理器就得在整个待机模式下产生一个连续的低频PWM信号，在NCP5602中，这个功能采用硬件方式实现，并且通过表1中的数字命令来加以启动。



表1：NCP5602的I2C内部寄存器位安排。   

由处理器送到驱动芯片的数据字节中的B5代表的是ICON模式的状态，当B5为LOW时，表示使用的是正常的背光模式，每个LED的电流可以在0mA～30mA之间调整，当B5为HIGH时，那么就会启动ICON模式，并且只会将450μA的电流送到所连接的两颗LED中的一个上，在这个器件中ICON模式的电流值为固定值，但在类似NCP5612的产品上，这个电流则可以通过单线式通讯协议来加以控制，图3显示了通过I2C通讯协议中SCL与SDA连接线的ICON控制程序。



图3：ICON模式控制时的简单SCL与SDA连接线上的数据顺序。   

线性稳压器/电流源解决方案

在使用具备约3.3V较低正向电压的丛集式LED时，可选择线性稳压器提供驱动电流，线性稳压器与开关转换器比较，优势在于较低成本及较低电磁干扰，因线性稳压器只需在驱动芯片的外围加入几颗电阻，且无需使用开关器件，但这类解决方案的缺点是降低了电池电压工作范围，图4显示使用NUD4301低压降线性稳压器做为两颗LED驱动电路的情况，依标准0.2V压降及3.3V的LED正向电压考虑，稳压器将在电池电压低于3.5V时离开稳压模式进入饱和模式，这将造成稳压器输出电流大幅下滑且LED亮度变暗。但若最低电池电压在可接受范围，则线性稳压器还是小型LCD面板最具成本效益的背光解决方案。



图4：采用线性稳压器NUD4301做为推动小型LCD面板背光的两颗LED驱动电路。   

移动电话上的临时照明应用

移动电话所提供的LED照明功能普遍被认为是相当精妙的设计，由许多手电筒现在都由数颗低功率LED组成，并通过相对较低的20mA到60mA电流驱动的趋势可看出。这类照明可做为便携式手电筒，但它微弱的照明强度对支持黑暗环境下的拍照动作却显不足，事实上必须要有一个或更多高功率LED才能支持1米或更远的物体拍摄照明，阻碍工程师采用高功率LED的主要原因还是成本问题，但在台湾地区与韩国制造商逐渐提高功率LED的产能后，预料单价将会开始下降。

高功率闪光灯用LED

在照明与闪光模式下通常使用不同的电流与驱动时间，例如在照明模式下可以使用200mA的连续电流，而在闪光模式下则采用400mA到1A的脉冲电流，闪光脉冲的时间长短依相机模块的特性而定，通常闪光脉冲的宽度介于20ms到200ms之间，闪光驱动电路能支持闪光LED大约1A的驱动电流，提供LED高达4.9W的输出，为让LED的结温维持在最高可容的范围，必须用良好的温度管理策略，将脉冲宽度缩小有助降低不必要的消耗，而较大的接地面积也是将热量从LED导出的一个推荐方法。