浅谈待机调光模式的电荷泵背光驱动IC

　　LCD液晶投影机是液晶显示技术和投影技术相结合的产物，它利用了液晶的电光效应，通过电路控制液晶单元的透射率及反射率，从而产生不同灰度层次及多达1670万种色彩的靓丽图像。LCD投影机的主要成像器件是液晶板。LCD投影机的体积取决于液晶板的大小，液晶板越小，投影机的体积也就越小。根据电光效应，液晶材料可分为活性液晶和非活性液晶两类，其中活性液晶具有较高的透光性和可控制性。液晶板使用的是活性液晶，人们可通过相关控制系统来控制液晶板的亮度和颜色。与液晶显示器相同，LCD投影机采用的是扭曲向列型液晶。LCD投影机的光源是专用大功率灯泡，发光能量远远高于利用荧光发光的CRT投影机，所以LCD投影机的亮度和色彩饱和度都高于CRT投影机。LCD投影机的像元是液晶板上的液晶单元，液晶板一旦选定，分辨率就基本确定了，所以LCD投影机调节分辨率的功能要比CRT投影机差。

　　小尺寸的LCD显示模块早已成为手持式数码产品的重要组成部分，随着消费者对视觉方面要求的提高，LCD显示模块的设计变得越来越重要。如何在1.8寸至2.8寸的LCD屏上显示更多的信息并提高显示质量达到更好的视觉效果，成为众多手持式数码产品设计者的重点之一。除了提高LCD屏的分辨率、减小延迟时间以及在软件上提升之外，LCD屏的背光设计也扮演着重要角色。

　　传统设计中，小尺寸彩色LCD屏一般采用白色LED作为背光源。1.8寸至2.8寸的LCD屏多采用1至4颗白色LED。为达到好的显示效果，要求白色LED亮度一致，明暗可调；为保护手持式设备，要求在某些LED断路时有保护功能，且不能影响正常的LED工作；为延长手持式设备的待机时间，要求LED驱动IC的静态电流很小，工作效率很高。

　　BCD推出的AP3605是一款性能优良的LED驱动IC，非常适合于单节锂电池供电，适用于多数小尺寸LCD背光设计，性价比很高。

　　一、AP3605简介

　　AP3605是电荷泵升压模式带恒流源的白光LED驱动芯片，仅通过两个1uF的陶瓷电容，AP3605实现了1.5倍升压，在单节锂电工作范围内完驱动4颗白色LED，比之2倍升压模式的IC大大提高了效率。

　　AP3605具有4路恒流源，保证了并联的4颗LED电流相等，亮度一致；通过一个外接电阻来设置恒流源的电流。AP3605支持PWM调光，调光频率可以高达50KHz。高达1MHz的工作频率使得AP3605仅需要1uF的输入输出及升压电容，并大大减小了输出电压纹波。

　　AP3605采用QFN-3*3-16封装，图1为其内部功能框图。

　　二、AP3605背光典型应用电路

　　图2即是由AP3605设计的典型白光LED驱动电路，由单节锂电池供电，除AP3605外，仅由低成本的5个外围器件组成。

　　1、输入、输出和升压电容：

　　推荐Cin、Cout、C1和C2使用X7R或X5R的陶瓷电容。由于AP3605的工作频率高达1MHz，1uF的电容就足以保证AP3605输出80mA电流来驱动4个LED。如果所需输出电流更小，可以使用0.68uF或0.47uF的升压电容（C1和C2）。

　　为减小输出纹波，建议在设计PCB板时，应优先保证Cout紧靠AP3605对应的管脚，其次是保证C1、C2和Cin紧靠对应的管脚。

　　2、电阻RISET

　　RISET用来设定LED的电流，通过公式ILED=36.9/RISET可设定每路LED的电流。为了设定电流，建议使用1%或更高的电阻。

　　3、白光LED

　　AP3605多可驱动4颗白光LED，采用共阴极连接方式，客户可根据屏幕大小选择1至4个LED作为背光。当某几路LED不需要时，只需要将其对应的管脚悬空即可。

　　三、AP3605作为白光LED驱动IC的重要性能

　　1、电流匹配

　　如图1所示，AP3605内部带有四路恒流源，用以驱动四路LED，当LED的正向压降在3V至4V之间变化时，AP3605能保证不超过±3%的电流偏差，其电流匹配特性不受LED正向压降的影响，适用于多种型号的白光LED，很好的实现了LED亮度的一致。

　　2、高达50KHz的PWM调光频率

　　脉冲宽度调制（PWM），是英文“Pulse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。

　　PWM调光是应用为广泛的调光方式，通过调节LED亮灭的时间比例来调节亮度，由于调光频率一般都在200Hz或以上，因此人眼感觉不到LED的亮灭，只能感觉到亮度在发生变化。在手持式数码产品中经常采用的PWM调光频率为1KHz至10KHz。

　　AP3605通过内部的Standby模块实现了高达50KHz的调光频率。而且不会引起浪涌电流。如图3所示，当EN脚变低时，电荷泵的输出Vout延迟约1.7ms再关断，但恒流源会跟随EN信号马上关断，LED电流变为0；而当EN信号为高时，恒流源会跟随EN信号马上打开，由于Vout仍正常工作，LED电流立即变为20mA。因此当PWM的调光频率高于1KHz时，AP3605能通过EN信号直接快速的调节LED电流，从而实现高频率PWM调光。

　　AP3605的待机调光模式有如下三个优点：

　　1）高达50KHz的PWM调光频率，避免了音频噪音。

　　2）仅开关恒流源，LED电流平稳。

　　3）LED电流能快速跟随PWM信号，LED电流大小同PWM占空比成正比，便于亮度的线性调节。

　　3、电源干扰减小

　　如图1所示，AP3605内部电荷泵和Vin之间有一个LDO模块，该模块调节电荷泵的输入电压，使得电荷泵始终工作在1.5倍模式，减小了输出电压纹波和LED的电流纹波。

　　另外，LDO模块还起到低通滤波的作用，有效的避免了电荷泵和输入电源之间的相互干扰。多数手持式设备的背光驱动电路是由锂电池直接供电的，而电池同时也为射频直接供电，在设计不好的系统中，背光驱动电路的开关噪声会通过电源间接影响射频部分。

　　4、过温度保护

　　AP3605内置过温保护模块。如果某些误操作引起AP3605内部节温升高到约160摄氏度时，AP3605会过温关断，以保护AP3605免受烧坏。在过温关断状态，AP3605仅消耗不到1uA的电流。当操作正常使得AP3605内部节温下降到140摄氏度左右时，AP3605会自动重新启动，进入正常工作模式。

　　四、总结

　　为方便客户使用，BCD提供全面地技术支持，包括AP3605的数据手册、应用文档、演示板、样品以及针对具体客户应用的支持。作为白光LED驱动芯片，AP3605能完全满足1.8至2.8寸LCD屏的背光需要，并以其较高的性价比赢得了很多客户。