浅谈便携式LED驱动器的选择与三种拓朴设计

　　高亮度LED则用于手机和数位相机的闪光光源。这些应用需要化的驱动器解决方案，能够延长电池使用时间、减小印制电路板（PCB）面积及高度。LED（Light-Emitting-Diode中文意思为发光二极管）是一种能够将电能转化为可见光的半导体，它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而采用电场发光。据分析，LED的特点非常明显，寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可超过150lm/W（2010年）。将LED与普通白炽灯、螺旋节能灯及T5三基色荧光灯进行对比，结果显示：普通白炽灯的光效为12lm/W，寿命小于2000小时，螺旋节能灯的光效为60lm/W，寿命小于8000小时，T5荧光灯则为96lm/W，寿命大约为10000小时，而直径为5毫米的白光LED光效可以超过150lm/W，寿命可大于100000小时。有人还预测，未来的LED寿命上限将无穷大。 LED的亮度是跟LED的发光角度有必然关系的，LED的角度越小它的亮度越高，没有什么超亮不超亮的，那是骗小孩的，如果是质量好的LED不管是哪家LED厂家生产的大家的亮度都差不多的，只是生产工艺不一样，使用寿命略有不同，因为大家用的都是那几家国外的LED芯片。如果是5MM的LED180度角的白光的亮度只有几百MCD,如果是15度角的亮度就要去到一万多两万MCD的亮度了，亮度相差好几十倍了，如果是用于照明用的，在户外是用大功率的LED了，亮度就更高了，单个功率有1W,3W,5W,还有的是用多个大功率组合成一个大功率的LED,功率去到几百都有。色温和亮度没关系，而亮度和流明值有关。安森美半导体提供所有这三种类型拓扑结构的LED驱动器方案（参见图1），满足用户不同的应用需求。

　　图1：低压可携式装置应用的不同LED驱动器拓扑结构示例

　　在电荷泵型方案方面，安森美半导体提供支持不同调光类型的产品，如单模、双模、三模或四模电荷泵方案等，如CAT3200、NCP5602、NCP5612、NCP5623、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3603、CAT3604、CAT3614、NCP5603等。以NCP5623为例，这是一款采用2.0 mm×2.0 mm×0.55 mm LLGA-12无铅封装的高效能LED驱动器，带有I2C接口，内置渐进调光功能，特别设计用于驱动手机等可携式产品中的RGB LED装饰光和增强型LCD背光。对典型应用而言，该组件除了具备极小型IC封装的优势之外，兼具仅需4个被动组件就能工作的特点。

　　值得一提的是，安森美半导体还提供多款四模电荷泵型LED驱动器，如CAT3636、CAT3637、CAT3604V、CAT3643、CAT3644、CAT3647、CAT3648和NCP5604A/B等。以CAT3648为例，这是安森美半导体的一款拥有的高效能四模（Quad-Mode?）自适应分数型（fractional） LED驱动器，能以25 mA电流驱动多达4颗LED（见图1），效能高达92%。此种四模驱动器提供1x、1.33x、1.5x和2x四种模式，与提供1x、1.5x和2x三种模式的大多数电荷泵型驱动器相比，效能高10%,且无需额外电容，将LED驱动器性能提升到新的水平。

　　在电感升压型方案方面，安森美半导体提供采用PWM调光方式的不同产品，如输出电流在20 mA到50 mA之间的CAT32、CAT37、CAT4137、CAT4139、CAT4237、CAT4238和NCP5005、NCP5010,以及提供更大输出电流的CAT4240（250 mA）、NCP5050（600 mA）和NCP1422（800 mA）等。

　　在线性背光驱动器方案方面，安森美半导体提供2到4个通道的多款单模LED驱动器，如CAT4002A、CAT4002B、CAT4003B、CAT4004A和CAT4004B等。这些背光驱动器提供32级调光控制，提供25 mA的固定或可调节输出电流和低于1 μA的极低关闭电流，而且没有开关电源噪声问题。这些单模LED驱动器通常作为系统级方式的一部分，用于设计整合低电压LED和简单LED驱动器的背光电路。

　　图2：CAT4002B应用电路图

　　专门用于相机闪光的LED驱动器方案

　　值得一提的是，在相机闪光应用中，除了可以使用NCP5005和CAT4134这样的电感升压型驱动器，还可以使用NCP5680和CAT3224这样的电荷泵型驱动器，从而支持高百万像素相机闪光，以及替代氙气闪光，配合纤薄设计。

　　实际上，当今的白光LED能够提供这个等级的光能，但需要比相机电池能提供的能量高出近400%。以安森美半导体的NCP5680为例，此组件配合电池管理一颗超级电容来驱动LED闪光至充分亮度，提供达10 A的大峰值电流。NCP5680中的整合驱动器还管理超级电容，处理其它峰值功率功能，如变焦、自动对焦、音讯、视讯、无线传输、GPS数据读取及射频（RF）放大，延长电池使用时间而不放弃纤薄型设计。NCP5680整合了超级电容充电、涌入电流管理和LED电流控制所需的全部电路，节省设计人员的开发时间、电路板空间及元器件成本。

　　图3：业界首款单芯片4 A超级电容LED驱动器CAT3224应用电路图

　　CAT3224则是业界首款4 A单芯片超级电容LED驱动器（见图3），整合了双模1x/2x电荷泵，提供三项关键功能：精密的超级电容充电控制、电流放电至LED闪光的管理，以及为LED手电筒模式提供？流。这三种模式的工作电流能以3颗外部电阻来简易设定，能吸收达4 A的LED闪光脉波电流。超级电容技术的高峰值电流优势，结合CAT3224简单的并列逻辑接口。

　　其它新颖LED驱动/控制器

　　在低电压可携式装置应用方面，除了上述LED驱动器，安森美半导体还提供其它一些新颖的产品，如NCP5890和CAT3661。其中，NCP5890是一款独特的照明管理集成电路（LMIC），在3 mm x 3 mm x 0.5 mm的极小型封装中整合了液晶显示器（LCD）背光、装饰光控制和环境光感测功能。

　　众所周知，当今的可携式电子产品很流行较大的LCD屏幕和LED照明效果。为了满足所有这些照明要求，硬件设计人员通常需要采用数个LED驱动器。由于电路板空间有限，要实现更的照明效果，通常需要大量的软件编程和微控制器（MCU）资源。安森美半导体提供NCP5890这种更简单的单芯片硅解决方案，具有多种以指令控制实现的照明效果，帮助硬件设计工程师满足他们特定的照明和电源设计目标。此款照明管理IC具有30 V输出电压能力，驱动串行LED,实现对LCD屏幕的均衡背光。此外，此组件控制三组白光 LED或RGB LED,在键盘或底盘上营造出装饰光图案，与背光形成独特的组合。此驱动器还根据环境光的亮度来调节背光电流，从而延长电池使用时间。NCP5890是一款独特的照明管理器，在极小封装中集成了LCD背光、装饰光控制和环境光感测功能。该器件输出电压为30 V，可管理多达8个串联LED，实现LCD屏幕的均衡背光。该器件还可控制三组白光LED或RGB LED，在键盘或底盘上营造出装饰光图案。

　　图4：针对扣式电池化的CAT3661 LED驱动器应用电路图

　　如今，越来越多的创新型可携式装置采用扣式电池（coin cell）供电，如医疗应用中的血糖仪、数字体温计、血氧计、呼吸分析仪和生理监测仪等。由于这种电池的独特功能以及需要长工作寿命，这些紧凑型应用需要订制的LED驱动器，不仅要管理背光，还要监测电池电量。在此类应用中，可以采用安森美半导体计划于2010年下半年推出的CAT3661 2至2.5 V单LED驱动器。此组件同样采用安森美半导体的四模（Quad Mode）电荷泵架构，效能高达92%,静态电流低至约150 μA,提供可调节的低电池电量检测功能，以及强固的LED故障监测、软动和短路限制等保护功能，采用低高度的3 x 3 mm TQFN-16封装，非常适合这些可携式装置应用。