摘要：白光LED具有使用簡單、成本低的特點，其用量在最近幾年呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢，在例攜式產品中被廣泛用作閃光燈、顯示器背光等。本文介紹幾種白光LED的驅動方案。

    關鍵詞：白光LED 便攜式產品 DC-DC轉換器

1 概述

LED為電流驅動器件，光輸出強度由流過二極管的電流決定。圖1是由電壓源和限流電阻構成的一種簡單偏置電路，流過LED的電流由下式確定：IDIODE=(VCC-VF)/[RLIM+RDS(ON)]這種方式成本較低，但不同的二極管VF（正向電壓）的參數(shù)一致。圖2、圖3表示25℃時LED的正向電壓（典型值）與導通電流關系曲線。從電流指標可以看出：對于GaAsP二極管，VF可以上升到2.7V（+40%）；對于InGaN二極管，VF可以上程式到4.2V（+20%）。如果系統(tǒng)中需要多個LED，如蜂窩電話背板顯示器采用8個LED，則按照圖1的設計方案將需要多個限流電阻，占用較大的線路板面積。

    如果將Vcc增大到VF的10倍以上可以減少VF變化的影響，但耗電較大，不符合電池供電產品的需求。對于采用單片Li+電池供電的系統(tǒng)，Li+電池電壓的變化范圍為4.2～3V。如果LED的偏置電路只是簡單的由Li+電池和限流電阻提供，輸出亮度將會產生明顯的變化。合理的方案應該是采用電流偏置電路。

2 電流偏置電路

電流偏置電路實際上是用1個電流源為LED提供偏置。如果電流源具有足夠的動態(tài)范圍，這種偏置方式將不受VF變化的影響。圖4為電流偏置方案的原理框圖。該電路將圖1中的限流電阻用電流源替代。光輸出強度與電源和正向電壓無關，只要有足夠的電源電壓為電流源和LED提供偏置即可。圖4中Q1為使能控制開關。

MAX1916等專用LED驅動芯片提供了一種先進的LED電流偏置電路。MAX1916在微型SOT23封裝內集成了3組電流源，流過RSET的電流鏡像到3個輸出端，如圖5所示。電路中幾個相同的MOSFET具有相的柵-源電源，因此，它們的溝道電流相同，電流的大小由鏡電流ISET決定。MAX1916的電流最大失配度為±5%，“鏡像系數(shù)”為200A/A。也就是說，當ISET為50μA時，每個輸出端的電流為10（1±0.05）mA（最大）。SET端由內部偏置在1.25V。ISET由下式決定：

ISET=(Vcc-1.25V)/RSET

IOUT=200ISET，每路電流之間偏差為±5%。輸出端飽和電壓：

    VOUT（SAT）=RD-S·IOUT

MAX1916的漏源電阻在整個溫度范圍內保證不高于50Ω,一個工作電流為2mA的GaAsP二極管保證正常工作所需要的最低電壓是：VF+100mV，2.71V的輸入電壓能夠將將GaAsP LED工作電壓保護到2.7V。為了獲得更低的壓差和更高的輸出電流，可以將MAX1916的三路輸出并聯(lián)構成“鏡像系數(shù)”為600的電流源，如圖6所示，并聯(lián)后的漏源電阻為50/3=16.67Ω(最大值)。這種連接方式允許單個白光LED在3V供電時電流達到20mA以上，滿足目前便攜式蜂窩電話等產品的背光要求。用于設置端電流的電壓源可以由帶載能力較強的主電源單獨提供，例如，在蜂窩電話中，VSET可以由射頻（RF）電路的低噪聲+2.8V電源提供。如果直接由單節(jié)Li+電池供電，MAX1916適用于驅動正向電壓較低的GaAsP LED，而對于正向電壓較高的InGaN白光LED則需采用其它驅動方案。因為Li+電池供電時，隨著電池的放電，輸入電壓可能無法滿足LED所要求的偏置電壓。

3 電荷泵升壓轉換器驅動白光LED

對于正向電壓在3.5～4.2V（在20mA條件下）的白光LED通常需要升壓轉換器，可以用電荷泵（如MAX682～MAX684）與MAX1916共同構成這種LED的驅動電路，如圖7所示。MAX682～MAX684能夠將2.7V的輸入電壓轉換為5.05V輸出，輸出電流能夠分別達到250mA、100mA、50mA。利用MAX684的關斷控制引腳或MAX1916的使能控制引腳可以關閉LED。圖7電路中，MAX684在關斷模式下，電源電流降至22μA；RSET=43kΩ時，LED電流為22mA；

    圖8是利用電荷泵構成LED電流控制電路，反饋調節(jié)電壓的典型值為1.235V，Ipk=1.235/R SENSE,選用24Ω的檢流電阻能夠為二極管提供50mA電流。電荷泵工作時，輸出電壓上升至LED的開啟電壓，LED開始導通。白光LED的典型正向電壓為3.5（1±0.1）V，加上反饋調節(jié)電壓，MAX1759輸出端提供的偏置電壓為4.735V。該電路輸出電壓的紋波在40mV以內，不會導致LED輸出產生明顯變化，通常人眼覺察不到。另外，圖8電路在關斷狀態(tài)下輸入與輸出之間沒直流通路。

4 基于電感的白光LED控制器

MAX1848將升壓轉換器與電流控制電路集成在6引腳SOT23封裝內，利用電流檢測驅動3組LED，每組LED包括3個串行連接的LED，如圖9所示。輸入電壓范圍為2.6～5.5V。MAX1848利用電壓反饋結構調節(jié)流過LED的電流，較小的檢流電阻（5Ω）有利于節(jié)省功耗、保持較高的轉換效率。模擬控制器用于控制所有LED的亮度。典型應用中：L1=33μH，CCOMP=150nF，COUT=1.0μF，RSENSE=5Ω。LED電流由控制電壓確定：IOUT=VCTRL/13.33RSENSE。

    LED的亮度可以通過CTRL引腳的DAC調節(jié)或電位器分壓電路調節(jié)，電壓控制范圍為+250mV～+5.5V，將控制引腳接地可實現(xiàn)關斷。負載功率為800mW時電路轉換效率達88%。

5 結論

MAX1916內部配置為3路可調電流源結構，可控制多種LED；直接采用單節(jié)Li+電池供電可驅動紅光、綠光或黃光GaAsP LED；配合電荷泵升壓轉換器，MAX1916還可用于驅動白光InGaN LED。對于有更高功率要求的應用，需采用基于電感的MAX1848，外部只需要極少的元件，輸出功率為800mW時轉換效率達88%。