解析利用LDO改善白光LED的匹配度问题

LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

自从几年前发明了白光LED以来，白光LED的应用得到了稳步发展。与荧光灯相比具有使用简单、成本低的优势，与白炽灯相比可以提供更接近于白色的光，因此，其用量在近几年呈现出稳步上升的趋势，在手持式产品中被广泛用作闪光灯、显示器背光等。当然，在实际应用中针对白光LED也存在一些有待解决的技术问题。

选用白光LED明显的问题是产品的匹配性差，按照白光LED的典型规格，电流为20mA时正向电压的值为3.0V、典型值为3.5V、值为4.0V.显然，稳压源不是合理的解决方案。利用相同的电流驱动每只LED可以获得均匀亮度，但成本很高。在许多应用中只是简单地用一个固定偏置电压和镇流电阻驱动LED

设计电路通常可以得到相当好的亮度匹配。但对于大批量生产的用户，同一批次的产品具有相当一致的特征指标，但批次之间一致性较差。这就需要对每一批新的LED进行测试、为其配置镇流电阻。如果存在多个LED供货商问题将更加严重。为详细描述上述问题，我们选用了三个厂商的LED按照所示电路作了以下测试：标号为A的LED选自白光LED供货商，标号为B的LED选自二级白光LED供货商，标号为C的LED是从电子配套市场购买的廉价LED.测试结果如表.

表1:为了评估电路的生产能力，我们对三种不同厂商提供的白光LED进行了测试。从测试结果看，不同商标的LED一致性较差，比标准平均电流偏差3.27mA.

从表1可以看出，同一厂商的LED匹配性较好，特别是来自规模较大的供货厂家的产品。正如所预期的那样，来自供应商C的不同包装的LED一致性较差。三家厂商LED电流的平均均方误差为0.54mA.

从表1的"平均值"列可以看出，不同厂商提供的LED一致性较差，A厂商提供的LED吸取电流，B厂商提供的LED吸取电流。不同厂商的白光LED在采用相同偏置电压、相同的镇流电阻时电流差别较大，均方误差为3.27mA.

单独调节每只LED的电流或至少对其中一只LED的电流进行调节可以提高不同厂商或同一厂商不同批次LED的一致性，但这需要相当昂贵的芯片。在对成本要求苛刻的产品中，可以利用低压差线性稳压器改善LED的一致性，无需选择阻值不同的镇流电阻，具体电路所示。LDO工作在稳压-稳流模式下，根据一只LED的正向电压的变化自动调节偏置电压。

添加一片低成本的LDO,得到可自动调节的偏置电压，有效改善不同批次、不同厂商白光LED的匹配度。

为考核电路性能，我们将上述A、B、C三种LED按照图2电路连接进行了测试，测试结果如表2.从表2可以计算出：相同厂商LED电流的一致性略有下降，但不同厂商的LED电流的一致性得到了较大改善，均方误差由3.27mA降低至0.96mA.

我们对相同的三组白光LED进行了测试，从表2可以看出，不同厂商提供LED一致性得到了改善，由表1所示偏离标准值3.27mA降至0.96mA.

电路需选择带有外部电压调节引脚的LDO,如MAX8863,其反馈门限为1.25V.选用SOT23封装的LDO可提高系统的性价比，因为多数SOT23封装的LDO带有关断控制，从而省去了电路中控制LED通/断或PWM亮度调节的N沟道MOSFET.另外，LDO还具有较宽的输入电压范围，当与其它电路共用同一5V电源时可以提供较高的电源抑制比此外，由厂商A提供的LED不会运行在"热"状态下，无需过多考虑散热问题。

对电路的修正，每只LED的电流为15mA,适合便携产品的背光源要求。MAX8863可以驱动8只LED,每只LED电流为15mA.当LED正向电压较低、或镇流电阻的电流低于15mA时，所允许的输入电压更低。

LDO 是一种线性稳压器。线性稳压器使用在其线性区域内运行的晶体管或 FET,从应用的输入电压中减去超额的电压，产生经过调节的输出电压。所谓压降电压，是指稳压器将输出电压维持在其额定值上下 100mV 之内所需的输入电压与输出电压差额的值。正输出电压的LDO（低压降）稳压器通常使用功率晶体管（也称为传递设备）作为 PNP.这种晶体管允许饱和，所以稳压器可以有一个非常低的压降电压，通常为 200mV 左右；与之相比，使用 NPN 复合电源晶体管的传统线性稳压器的压降为 2V 左右。负输出 LDO 使用 NPN 作为它的传递设备，其运行模式与正输出 LDO 的 PNP设备类似。