LDO改善白光LED電流匹配

白光發(fā)光二極管（LED）在各種照明應(yīng)用中越來越受歡迎，例如手持電子設(shè)備中的手電筒和顯示器背光。它們提供比白熾燈泡更白的光，并且消耗更少的功率。它們比熒光燈管更容易使用。當(dāng)組合時，白光LED可能不匹配。低成本線性穩(wěn)壓器（LDO）可以顯著改善匹配，即使與不同的LED也是如此。

自幾年前發(fā)明以來，白光發(fā)光二極管（LED）一直在穩(wěn)步普及。由于它們提供比白熾燈泡更白的光，并且比熒光燈管更易于使用，因此它們在各種照明應(yīng)用中穩(wěn)步獲得市場份額，例如手持電子設(shè)備中的手電筒和顯示器背光。然而，白光LED存在自己的一系列技術(shù)問題。

使用白光LED時最明顯的問題是它們的匹配有點(diǎn)差。例如，白光LED的正向電壓規(guī)格（20mA時的Vf）可能為最小值3.0V，典型值為3.5V，最大值為4.0V。顯然，恒壓源不是解決方案，因?yàn)樵诮o定電壓下，電流會因單元而異。實(shí)現(xiàn)匹配亮度的推薦方法是以相同的電流驅(qū)動每個LED，但這可能很昂貴。大多數(shù)應(yīng)用僅使用固定偏置電壓和鎮(zhèn)流電阻，如圖1所示。

圖1.大多數(shù)應(yīng)用只需使用固定偏置電壓（本例中為5V）和鎮(zhèn)流電阻（本例中為75Ω）即可實(shí)現(xiàn)近似白光LED亮度匹配。

如圖1所示的電路通?？蓪?shí)現(xiàn)相當(dāng)好的亮度匹配。然而，正如大多數(shù)參與大規(guī)模生產(chǎn)的人所知道的那樣，一個接一個地從裝配線上出來的產(chǎn)品表現(xiàn)出相當(dāng)一致的特性，但在生產(chǎn)過程中，可能會出現(xiàn)大量的批次差異。當(dāng)然，這適用于白光LED。通常，生產(chǎn)難題隨之而來，其中需要對每批新LED進(jìn)行表征并選擇不同的鎮(zhèn)流電阻值。如果使用多個白光LED供應(yīng)商，問題將進(jìn)一步加劇。為了證明這一點(diǎn)，使用圖1所示電路購買和測試了來自三家制造商的三家白光LED。品牌A是從領(lǐng)先的白光LED制造商那里購買的，LED裝在一個小塑料袋里。品牌 B 是從 2 購買的德·領(lǐng)先的白光LED制造商，LED以磁帶形式到達(dá)。C品牌，從較小的制造商，在當(dāng)?shù)氐囊患译娮由痰曩徺I，LED是單獨(dú)包裝的。結(jié)果如表1所示。

從表1的“Stdev”標(biāo)準(zhǔn)差列可以看出，每個品牌內(nèi)的匹配度都相當(dāng)不錯。品牌A和品牌B表現(xiàn)出非常好的匹配。正如預(yù)期的那樣，C品牌的獨(dú)立封裝LED的匹配要寬松得多。品牌內(nèi)匹配的品質(zhì)因數(shù)0.54mA是通過取標(biāo)準(zhǔn)差的平均值獲得的。

從表1的“平均”平均值列可以看出，品牌與品牌的匹配相當(dāng)差。品牌A消耗最多（平均24.6mA），而品牌B消耗最少（平均18.3mA）。品牌與品牌匹配的品質(zhì)因數(shù) 3.27mA 是通過取平均值的標(biāo)準(zhǔn)差獲得的。

如前所述，調(diào)節(jié)單個LED電流或至少一個LED電流的解決方案將在產(chǎn)品的制造壽命內(nèi)提供更好的批次間和品牌間匹配。然而，這些解決方案通常需要相當(dāng)昂貴的IC。值得慶幸的是，如果成本比完美匹配更值得關(guān)注，那么廉價的低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器可以提供足夠的優(yōu)勢，避免每批新LED調(diào)整鎮(zhèn)流電阻值。圖2顯示了如何在介于電壓和電流調(diào)節(jié)模式中使用LDO，該模式根據(jù)其中一個LED的正向電壓自動改變偏置電壓。

圖2.通過添加廉價的LDO使偏置電壓自動可變，白光LED批次間和/或品牌間變化的亮度匹配將得到顯著改善。

為了證明圖2的優(yōu)勢，再次測試了來自三家制造商的相同三個LED，結(jié)果如表2所示。雖然在品牌內(nèi)匹配方面略有妥協(xié)（0.77mA，表1為0.54mA），但品牌間匹配提高了340%（0.96mA，表1為3.27mA）！

注意，圖2中的LDO需要是外部可調(diào)類型，例如MAX8863，其反饋門限為1.25V（V設(shè)置).此外，由于LDO具有關(guān)斷引腳，因此增加小型SOT23封裝LDO的尺寸和成本被部分抵消，因此圖1中的N溝道FET不再需要用于開/關(guān)或PWM調(diào)光控制。LDO還具有其他優(yōu)點(diǎn)，例如LED短路保護(hù)、更寬的輸入電源電壓范圍，以及在5V電源由其他電路共享的情況下的PSRR。此外，A品牌LED不再“熱”運(yùn)行，從而減少了功耗壓力問題。

圖3顯示了如何修改圖2中每個LED的15mA電流，這是大多數(shù)使用表面貼裝白光LED的便攜式背光應(yīng)用的要求。MAX8863支持多達(dá)8個LED，每個LED電流為15mA。由于LED的正向電壓和鎮(zhèn)流電阻兩端的電壓在15mA時較小，因此最小輸入電壓也較低。

圖3.MAX8863 LDO可以驅(qū)動1至8個白光LED，每條LED的電流為15mA，無論LED批次間或品牌間差異如何，亮度匹配良好。

審核編輯：郭婷