用于背光小尺寸白光LED的电源管理方法
大多数便携式电子设各的小尺寸彩色lcd显示器都采用白光led作为背光源。这些led驱动电路由输出电压随时间变化的电池供电。因此，最佳的led驱动电路设计包括电池类型、lcd特性、系统功耗要求和效率、led驱动器ic及其外部器件、pcb布局和器件布局、led驱动器可能产生的噪声，以及移动电话应用中的re抑制电路等内容。
目前使用最广泛的电池是锂离子电池。这种电池的满电量电压为4.2v，但当电池放电时，电压下降到3.2v，因此驱动器电路必须工作在这一输入电压范围内。led输人功率的变化会影响led的亮度和效率。led的光输出与其电流成正比，因此为保持亮度不变，就需要专用驱动电路来控制led阵列的每个led，以使其保持恒定电流。当设各工作在低温条件下或者电池电压很低时，也必须如此。
1．led驱动ic
如何实现lcd平板显示屏背光源驱动电路的高性能，是当前便携电子设备设计面临的重要挑战。在大多数背光设计中，白光led沿lcd一侧均匀间隔排列。led的数量与lcd尺寸成正比。有些lcd已经集成了以串联或并联方式连接的led。一般情况下，较大尺寸的lcd要求采用串联led拓扑结构、某些情况下甚至要求多个led串并联。串联配置有益于确保一行中的所有led都保持相同电流，而使这些led在整个面板上具有相同的亮度。串联拓扑结构的好处是驱动器与lcd的连线最少，这通常可以通过采用小尺寸、低成本的挠性pcb来实现。
用于背光的小尺寸白光led一般在通过20ma电流时的正向电压为3.4v。这些led所要求的电压可能比电池能提供的电压高，因此必须对驱动器的输入电压进行升压。在lcd设计中提高led的电压有两种方法：采用电荷泵拓扑结构或电感升压变换器。串联拓扑通常采用电感升压驱动器，而并联led拓扑则上般采用分数电荷泵。lcd配置和总体系统需求通常确定了是采用电荷泵还是电感升压变换器。电荷泵往往更加容易实现，并且可以确保噪声更低，而电感升压变换器则具有更高的效率。采用电感升压变换器驱动8个串联的白光led电路如图1所示。
图1 采用电感升压转换器驱动8个串联的白光led电路
采用分数电荷泵驱动3个并联白光led的电路如图2所示。由于所要求的外部器件数很少，pcb占板面积也很小，因此电荷泵方案具有优势。1倍压、1.5分数倍压电荷泵支持两种工作模式，并能根据电池输入电压和led正向电压自动进行模式选择。一般情况下，当电池电压超过3．6y时，驱动电路工作在“1倍压模式”，电源通过导通晶体管直接连接到输出。这种线性模式的效率最高且噪声最低。
图2 采用分数电荷泵驱动3个并联白光led的电路
3.6v时，驱动电路从1倍压模式转换到1.5倍压模式，同时将输出电压5倍。分数电荷泵采用具有两个泵电容（见图2中的c1和c2）的开关配置，这两个电容将能量传输给负载。在模式切换期间，输入电流增加到1.5倍，从而加快了电池放电的速度。如对于三个通过⒛ma电流的led来说，1倍压模式下的电源电流约为60ma，1.5倍压模式下的电源电流则上升到90ma左右。
2．器件的选择
①ldo选择。由于移动电话、pda、数码相机和视屏游戏机消费产品都是以电池为电源的，随着使用时间的增长，电源电压会逐渐下降，故lcd驱动ic需要一个稳定的工作电压，因此设计电路时通常由－个ld0提供一个稳定的2.8v或3.0v电压。lcd将安装在移动电话的上方，与移动电话的射频靠得很近，为了防止干扰，必须选用低噪声的ld0，如lp2985、aat3215。
②白光led。按背光源的设计要求，需要正向电压（uf）和正向电流（if）小、亮度高（500～1800mcd）的白光led。以移动电话lcd为例，目前都使用的是3～4个白光led，随着led的亮度增加和移动电话制造商要求降低成本和功耗，lcd都会选用2个高亮度白光led（1200～2000mcd），pda和智能移动电话由于lcd屏较大会按需要使用4～8个白光led。nacw215／nscw335和el99－21／215ucw／tr8是自带反射镜的白光led，el系列的亮度分为t、s、r三个等级，t为720～1000mcd，s为500～720mcd，都适用于移动电话lcd背光源的应用。
3．led驱动电路的设计
白光led的驱动需要供给恒定的电压或恒定的电流，而移动电话电源一开始工作后，其电压就开始往下降，因而需要升压变换器升压、稳压。为了减少升压器件的工作频率对移动电话射频电路的影响，一般选用由电容器传递电能的电荷泵。
电容式电荷泵的效率按其升压方法分倍压和分数倍压二种，倍压电荷泵的效率约90％，分数倍压电荷泵的效率约93％～95％。而电感式升压器的效率约83％～85％。电容式电荷泵按其输出分为恒压输出、恒流输出，按其对led驱动的方法分为并联恒压驱动、单个恒流驱动和串联恒流驱动。电感式升压器都是恒流输出，输出电压较高，且对led串联驱动。
采用aat3110倍压升压的电容式电荷泵驱动led的应用电路如图3所示，电路为5v恒压输出，最大电流为120ma，采用并联驱动led电路结构。
图3 aat3 110电荷泵的应用电路
采用aat3114驱动led的应用电路如图4所示，电路有4～6路if流输出，每路能输出20ma的电流，单个恒流驱动led，具有32级调光功能。aat3134将输出dac模块分成二块，其输出可分别驱动双屏显示的lcd模块。
图4 a aat3114电荷泵的应用电路
ncp5009是带光敏传感器的背光led驱动升压变换器，适用于自动调光的高档移动电话lcd。ncp5009的应用电路如图5所示。ncp5007是可恒流驱动5个串联led、pwm调光的背光led驱动升压器，其应用电路如图6所示。
图5 ncp5009的应用电路
图6 ncp5007的应用电路
新型的电荷泵输出端都内置了mosfet，可动态地调整负载内阻，省去了为平衡由于led内阻不一致需要外加的匀流电阻。开关工作频率高的电容式电荷泵，其所需的滤波电容器容量小，相对射频干扰也小。
电容器最好选择陶瓷电容器，因为陶瓷电容器无极性并具有较低的等效串联电阻（esr），其典型值小于100mω。陶瓷电容器的等效串联电阻值、电介质材料的优劣、电容值的大小对输出纹波有重大影响。x7r电容器的电介质是最好的，成本略高；x5r电容器的电介质居中上，可以选用；y5v的电介质较差，不推荐选用。
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1．led驱动ic
如何实现lcd平板显示屏背光源驱动电路的高性能，是当前便携电子设备设计面临的重要挑战。在大多数背光设计中，白光led沿lcd一侧均匀间隔排列。led的数量与lcd尺寸成正比。有些lcd已经集成了以串联或并联方式连接的led。一般情况下，较大尺寸的lcd要求采用串联led拓扑结构、某些情况下甚至要求多个led串并联。串联配置有益于确保一行中的所有led都保持相同电流，而使这些led在整个面板上具有相同的亮度。串联拓扑结构的好处是驱动器与lcd的连线最少，这通常可以通过采用小尺寸、低成本的挠性pcb来实现。
用于背光的小尺寸白光led一般在通过20ma电流时的正向电压为3.4v。这些led所要求的电压可能比电池能提供的电压高，因此必须对驱动器的输入电压进行升压。在lcd设计中提高led的电压有两种方法：采用电荷泵拓扑结构或电感升压变换器。串联拓扑通常采用电感升压驱动器，而并联led拓扑则上般采用分数电荷泵。lcd配置和总体系统需求通常确定了是采用电荷泵还是电感升压变换器。电荷泵往往更加容易实现，并且可以确保噪声更低，而电感升压变换器则具有更高的效率。采用电感升压变换器驱动8个串联的白光led电路如图1所示。
图1 采用电感升压转换器驱动8个串联的白光led电路
采用分数电荷泵驱动3个并联白光led的电路如图2所示。由于所要求的外部器件数很少，pcb占板面积也很小，因此电荷泵方案具有优势。1倍压、1.5分数倍压电荷泵支持两种工作模式，并能根据电池输入电压和led正向电压自动进行模式选择。一般情况下，当电池电压超过3．6y时，驱动电路工作在“1倍压模式”，电源通过导通晶体管直接连接到输出。这种线性模式的效率最高且噪声最低。
图2 采用分数电荷泵驱动3个并联白光led的电路
3.6v时，驱动电路从1倍压模式转换到1.5倍压模式，同时将输出电压5倍。分数电荷泵采用具有两个泵电容（见图2中的c1和c2）的开关配置，这两个电容将能量传输给负载。在模式切换期间，输入电流增加到1.5倍，从而加快了电池放电的速度。如对于三个通过⒛ma电流的led来说，1倍压模式下的电源电流约为60ma，1.5倍压模式下的电源电流则上升到90ma左右。
2．器件的选择
①ldo选择。由于移动电话、pda、数码相机和视屏游戏机消费产品都是以电池为电源的，随着使用时间的增长，电源电压会逐渐下降，故lcd驱动ic需要一个稳定的工作电压，因此设计电路时通常由－个ld0提供一个稳定的2.8v或3.0v电压。lcd将安装在移动电话的上方，与移动电话的射频靠得很近，为了防止干扰，必须选用低噪声的ld0，如lp2985、aat3215。
②白光led。按背光源的设计要求，需要正向电压（uf）和正向电流（if）小、亮度高（500～1800mcd）的白光led。以移动电话lcd为例，目前都使用的是3～4个白光led，随着led的亮度增加和移动电话制造商要求降低成本和功耗，lcd都会选用2个高亮度白光led（1200～2000mcd），pda和智能移动电话由于lcd屏较大会按需要使用4～8个白光led。nacw215／nscw335和el99－21／215ucw／tr8是自带反射镜的白光led，el系列的亮度分为t、s、r三个等级，t为720～1000mcd，s为500～720mcd，都适用于移动电话lcd背光源的应用。
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白光led的驱动需要供给恒定的电压或恒定的电流，而移动电话电源一开始工作后，其电压就开始往下降，因而需要升压变换器升压、稳压。为了减少升压器件的工作频率对移动电话射频电路的影响，一般选用由电容器传递电能的电荷泵。
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采用aat3110倍压升压的电容式电荷泵驱动led的应用电路如图3所示，电路为5v恒压输出，最大电流为120ma，采用并联驱动led电路结构。
图3 aat3 110电荷泵的应用电路
采用aat3114驱动led的应用电路如图4所示，电路有4～6路if流输出，每路能输出20ma的电流，单个恒流驱动led，具有32级调光功能。aat3134将输出dac模块分成二块，其输出可分别驱动双屏显示的lcd模块。
图4 a aat3114电荷泵的应用电路
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图5 ncp5009的应用电路
图6 ncp5007的应用电路
新型的电荷泵输出端都内置了mosfet，可动态地调整负载内阻，省去了为平衡由于led内阻不一致需要外加的匀流电阻。开关工作频率高的电容式电荷泵，其所需的滤波电容器容量小，相对射频干扰也小。
电容器最好选择陶瓷电容器，因为陶瓷电容器无极性并具有较低的等效串联电阻（esr），其典型值小于100mω。陶瓷电容器的等效串联电阻值、电介质材料的优劣、电容值的大小对输出纹波有重大影响。x7r电容器的电介质是最好的，成本略高；x5r电容器的电介质居中上，可以选用；y5v的电介质较差，不推荐选用。
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