白色发光二极管与红绿蓝发光二极管新型驱动器的应用

1、前言

越来越多移动电话、便携式媒体播放机、电子游戏机以及导航系统等便携式电子消费产品采用红绿蓝(RGB)彩色或白色发光二极管二类，用作指示灯，例如，利用红绿蓝光发光二极管发光的指示灯会根据不同事件如短信服务(SMS)或来电，发出不同颜色的灯光。驱动这些发光二极管的方法有很多，如可以利用发光二极管驱动器、电源管理单元或先进灯光管理单元的通用输入／输出引脚。  

历来，该二类发光二极管主要用于便携式电子产品，如手机方面，除了可为小键盘提供背光之外，也可用作手机的装饰灯，使手机更美观。此外，该发光二极管也可为显示器提供背光。其移动电话采用相当多红绿蓝光发光二极管，而且数目不断增加，为此对发光二极管的驱动器技术提出了更高的要求。也就是说，若要为便携式电子产品的彩色发光二极管或白色发光二极管提供足够的驱动电流，就要解决功耗、控制接口／可设定能力、电磁干扰、方案体积以及系统成本等问题。  

为此，本文将对便携式电子产品的白色发光二极管与RGB发光二极管驱动器的两个主要功能加以研讨，即为指示灯及装饰灯提供光源和为显示器提供背光的两个功能。  

2、对驱动器技术提出了更高的要求  

新一代的发光二极管驱动器应有更先进的技术来提高效率。  

那先进的技术要求是什么？那就是LED显示驱动器应简化软件、加速开发、节省功率，直接与微处理器接口，并具有集成的多工引擎、数字亮度控制、闪烁控制和字模，又可替您省掉一个独立的面板微控制器。  

以往，工程师都利用简单的电流接收器或通用输入／输出引脚驱动指示灯的发光二极管。这种驱动方法的效果并不十分理想，因为每次启动发光二极管时，都要由应用处理器加以控制。以接收短信为例，每次收到短信，指示灯都要发出闪烁灯光， 因此指示灯每次发光时，都必须唤醒应用处理器。这些灯光效果会耗用更多供电，令电池寿命无法延长。而当今，移动电话及大部分便携式电子产品都要有足够的电源才可支持各种新的功能。一般来说，便携式产品的显示器背光系统及发光二极管耗用较多供电，因此系统的总耗电量能否大幅降低，关键在于发光二极管的耗电量。为了满足这个节能要求，当然，大部分新一代的发光二极管驱动器都引进更先进的技术来提高效率。  

于是对于耗电量少、设计简单的指示灯发光二极管驱动器来说，将控制灯光闪烁的程序载入驱动器，由程序而非应用处理器控制闪烁过程是个较为理想的方法，其好处是处理器没有工作时可以进入睡眠模式，让发光二极管驱动器执行闪烁功能。若一个低正向电压彩色发光二极管只由一个简单的开／关控制，便无需加设升压直流／直流转换器，有助于进一步降低系统功耗。这样便可将这类发光二极管驱动器的体积缩至极小，而且只需添加极少或甚至完全不需添加外置元件。  

3、白色发光二极管与彩色发光二极管新型驱动器及其功能  

3.1为节省更多耗电应用可编程程序设定的灯光变幻模式  

便携式电子产品若加设灯光变幻模式控制功能，便可节省更多耗电。LP5522便是其中一款设有这个功能的发光二极管驱动器。控制灯光闪烁功能的程序可以通过单线接口载入LP5522驱动器之内，只要设定正确的控制指令，驱动器便可无需通过外部控制也可按照设定的闪烁模式反复启动发光二极管。发光二极管的电流可以通过外置电阻加以调节，但发光二极管本身的预没电流则为5 mA。LP5522芯片的大小只有1.2mlmx0.8mmx 0.6mm发光二极管是其唯一的外置元件，因此这是一个体积小巧、物料成本较低的解决方案，最适用于小巧纤薄系统成本紧促的便携式电子产品。  

若发光二极管的正向电压较高，单颗式锂电池的电压必足以驱动多个发光二极管。以这一情况来说，驱动器便必须加设升压直流／直流转换器。升压转换器有两种，一种是采用电荷泵或开关电容器的电容式转换器；另一种是电感式的磁性升压转换器。电荷泵转换器大多用于低电压的并行发光二极管驱动器，而磁性升压转换器则大多适用于高电压的串行发光二极管驱动器。  

灯光的变换模式较为复杂，例如不同颜色的灯光逐渐变为其他的颜色，便要另外采用更先进的控制方法，以补允许控制引脚的不足。许多便携式电子产品都采用控制总线，好处是只需通过两条导线，便可控制发光二极管驱动器，使控制功能在执行上有较大的灵活性。此外，一般的应用还会加设其他的元件，例如相机模块，而且这些元件都共用同一总线，因此，发光二极管驱动器不可占用接口的所有带宽。发光二极管的亮度固然可以实时控制，但其中涉及复杂的工序，因此会占用较多接口的带宽。  

应用举例：驱动电流最大的接口电荷泵，用于WLED为主屏、闪光灯和副屏／RGB灯提供最高610mA电流。  

当今，输出功率最大的照明管理IC(LMIC)，采用接口，能够驱动蜂窝电话的LED。该器件可用来驱动主屏、副屏背光和照相机闪光灯WLED，具有出色的电流匹配精度。RGB LED控制提供32k种颜色，可实现平滑的颜色变化。电荷泵采用专有的自适应l倍／1.5倍／2倍模式和低压差电流调节器，可最多驱动7个主屏和副J"LED，并获得0.3％的电流匹配精度和高达92％的效率(整个电池寿命期间平均83％)。同时可为照相机闪光灯提供高达400mA电流，闪光灯可使用LED模块或单个高亮度LED。  

其应用见图1所示。最大的接口电荷泵以MAXl707为例应用见图所示。  


  
从图可知：确保610mA输出驱动电流，通过提供完全的可编程性，整个Li+电池工作寿命期间，可实现92％峰值(83％平均值)效率(PLED／PBATT)，±0.3％电流精度，软启动限制浪涌电流，输出过压保护，热降额功能保护LED，4mm X 4mm、24引脚下QFN。