加強(qiáng)便攜式設(shè)備中的背光照明解決方案

驅(qū)動器拓?fù)淇梢苑譃椴⒙?lián)和串聯(lián)兩種。當(dāng)每一個LED均需要做個別控制時，會使用并聯(lián)驅(qū)動。在背光照明的應(yīng)用中，所有LED的亮度應(yīng)該是一致的。但如果使用并聯(lián)驅(qū)動器，LED電流之間可能會出現(xiàn)輕微的失配。幸而，配合最新的驅(qū)動器后，這種電流失配就變得微不足道了。因為這些LED的典型亮度容差一般比輸出電流中的失配大很多。

當(dāng)背光照明LED串聯(lián)在一起時，相同的電流會流通所有LED，使得LED電流間出現(xiàn)百分百的匹配。此外，采用串聯(lián)驅(qū)動后無須為每個LED進(jìn)行個別的驅(qū)動器布線，所以PCB布線變得更容易。由于驅(qū)動器輸出的正向電壓已考慮到了數(shù)個LED，因此串聯(lián)驅(qū)動法比并聯(lián)驅(qū)動法稍勝一籌。串聯(lián)驅(qū)動需要高壓的升壓轉(zhuǎn)換器(如20V)來從鋰離子電池中提取足夠的電壓以驅(qū)動數(shù)個串聯(lián)LED。

驅(qū)動LED的最普遍方法是用低邊驅(qū)動器輸出，LED輸出腳可作為一個恒流下沉(constant current sink)。在這情況下，LED輸出和電源電壓需要獨立的布線。如采用高邊驅(qū)動器輸出，那LED的輸出腳便成為電流源，同時只有LED接腳要布線，LED陰極則直接接地。通常，在PCB處都有一個接地面，因此無須進(jìn)行獨立的布線。圖1所示為不同驅(qū)動方法。

圖1 并聯(lián)高壓側(cè)和串聯(lián)低壓側(cè)驅(qū)動

白光LED和電池技術(shù)

便攜式設(shè)備一般都用一枚鋰離子電池來工作，其電壓視所需的電荷介乎? 2.8～4.3V之間。白光LED正向電壓一般為3.5V，這是單一的鋰離子電池通常不能驅(qū)動的，因此需要采用升壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器可以是電容式(電荷泵)或電感式(磁力升壓)。由于電荷泵的體積較小，一般都會用在并聯(lián)LED驅(qū)動器上。至于磁力升壓轉(zhuǎn)換器，一般都會用于高壓的串聯(lián)驅(qū)動器內(nèi)，原因是電荷泵技術(shù)所能達(dá)到的輸出電壓還不夠高。轉(zhuǎn)換器輸出電壓的調(diào)節(jié)可以通過LED正向電壓的感應(yīng)來自動(適配性)履行，或者用戶可根據(jù)LED正向電壓的規(guī)格來設(shè)定一個恒壓。

未來，新型鋰離子電池和LED技術(shù)將會為LED驅(qū)動帶來新的挑戰(zhàn)。配合最新的化學(xué)成果，電池電壓的范圍將擴(kuò)大到2.3～4.7V，而典型的白光LED正向電壓將會下降至2.9V。與此同時，輸出驅(qū)動器的飽和電壓都會隨著下降。當(dāng)采用并聯(lián)驅(qū)動時，要高效地驅(qū)動一個2.9V的LED，就需要動用一個升降壓轉(zhuǎn)換器。圖2所示為由電池、驅(qū)動器和LED技術(shù)的進(jìn)步所帶來的效果。?

圖2 電池和白光LED正向電壓的技術(shù)進(jìn)展

RGB LED背光照明

一般而言，小型LCD顯示屏背光照明都是用一組白光LED來實現(xiàn)的。可是，使用白光LED的問題是其光譜對光復(fù)制并不是很理想。原因是白光LED其實就是在藍(lán)光LED面上加上一層黃色磷光劑。這樣便造成光譜有兩個波峰，一個在藍(lán)色而另一個在黃色。圖3給出一個典型的白光LED與RGB LED光譜比較。

圖3 典型白光LED與RGB LED光譜的比較

LCD顯示屏?xí)澐譃槿齻€主色區(qū)格：紅、綠和藍(lán)，色彩是由這三種主色混合來定義。要把適合的顏色過濾到每一個色格，那便需要使用顏色過濾器。顏色過濾器會浪費大部分的光學(xué)能量，即使在過濾后也一樣，因此穿過LCD后的色譜并不理想。如此一來，采用白光LED背光照明可以在LCD屏面上產(chǎn)生出最多75%的NTSC(美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會)色彩(傳統(tǒng)LCD顯示屏上的紅色端邊處的限制尤甚)。然而，當(dāng)使用RGB LED來做LCD顯示屏的背光照明時，色彩復(fù)制可以覆蓋100%的NTSC色彩，從而令到顏色更光亮、畫質(zhì)更高。假如配合優(yōu)化的顏色過濾器，那所浪費的能耗可比白光LED背光照明來得更少。圖4所示為一個LCD顯示屏的結(jié)構(gòu)。

?????????????

圖4 LCD 顯示屏的構(gòu)造

使用RGB背光時，當(dāng)LED溫度改變時，驅(qū)動器必須更正紅、綠和藍(lán)三主色間的亮度平衡，以防出現(xiàn)白點位移。此外，還需保證驅(qū)動器在任何操作溫度下維持光的正確強(qiáng)度。而在補償方面，可以用閉環(huán)或開環(huán)形式。若使用閉環(huán)補償，便需采用感光器來測量白點和其強(qiáng)度。相反地，如使用開環(huán)補償，那溫度便需事先量度出來，并通過預(yù)先定義好的補償曲線來調(diào)節(jié)亮度的平衡。

美國國家半導(dǎo)體的LP5520就是RGB背光照明驅(qū)動器的一個例子，它是一個開環(huán)補償式LED驅(qū)動器。圖5所示為開環(huán)顏色補償?shù)脑怼Ｆ渲?，溫度補償曲線是用現(xiàn)實應(yīng)用中的RGB LED來量度的，這些曲線被編程在芯片內(nèi)部的EEPROM存儲器中。該芯片被集成到LCD顯示模塊上，而模塊的制造商會在生產(chǎn)時為補償曲線編程。此外，RGB LED背光亦可用作優(yōu)化顏色過濾器。

??? 圖5 開環(huán)顏色補償?shù)牟僮髟?/P>

鍵盤背光照明和其他裝飾燈光

與顯示屏背光照明比較，鍵盤背光照明擁有一些特別的要求。鍵盤背光照明所要求的顏色不一定需要白色，可以是其他任何顏色。時下，便攜式設(shè)備中的鍵盤照明和其他裝飾燈的設(shè)計趨向是產(chǎn)生更多的燈光效果。顯示屏的背光控制通常都是采用淡入/淡出的開/關(guān)方式，但裝飾燈的控制則比較復(fù)雜。通過采用RGB LED作鍵盤的背光照明，只要簡單地改變紅、綠和藍(lán)LED間的亮度平衡，便可改變顏色和設(shè)備的整個外觀。這樣，設(shè)計人員便可憑借軟件控制來為便攜式電話或其他便攜式設(shè)備加添獨特的個性。

對于一些復(fù)雜的照明次序，諸如不同顏色間的漸變，除了需有一個簡單的生效控制接腳外，還需用到一個比較精密的控制方法。在這方面，I2C控制總線便被廣泛應(yīng)用到各式便攜式設(shè)備上，原因是它只需通過兩條電線便可為控制LED驅(qū)動器提供很大的靈活性。再者，LED控制不會應(yīng)用I2C的所有頻寬，因為實時控制LED的亮度會產(chǎn)生出一定程度的I2C傳輸量。

新LED驅(qū)動器，例如美國國家半導(dǎo)體的LP5521，可以通過加入內(nèi)部存儲器和執(zhí)行核心來為有次序的照明提供最低限度的實時控制。照明次序在通電后會寫入一個內(nèi)部的存儲器，之后外部的觸發(fā)器接腳或I2C寫入會用來啟動這個照明次序。當(dāng)照明次序在運行時，無須進(jìn)行處理器的控制。例如當(dāng)電話處于備用狀態(tài)時，應(yīng)用處理器可以進(jìn)入休眠模式，但LED仍可履行復(fù)雜的照明次序。這些次序可包括時延、上下走動、閃爍、回轉(zhuǎn)和觸發(fā)信號的收/發(fā)。

為了進(jìn)一步減低功耗，最新的LED驅(qū)動器均擁有一個自動節(jié)能操作模式。其中的DC/DC轉(zhuǎn)換器只有鋰離子電池的電壓不足以提供給LED時才會被啟動。此外，當(dāng)照明次序于內(nèi)部運行時，驅(qū)動器還可在LED不活躍時關(guān)閉所有不需要的功能，此舉可顯著減低電流的平均消耗量。?

配合微小的LED驅(qū)動器，可創(chuàng)制出分區(qū)化照明方案，也就是說將LED驅(qū)動器放到LED的附近。這樣，進(jìn)行PCB布線就更容易，而且還可減輕電磁干擾的問題。針對分區(qū)方案的驅(qū)動器會設(shè)有外部的控制接腳，以用來同步化多個驅(qū)動器，從而造出有趣的燈光效果。

結(jié)論

對于驅(qū)動背光照明LED而言，這里有幾種驅(qū)動器拓?fù)洌唧w選擇要視應(yīng)用而定。毫無疑問，即將出現(xiàn)的全新鋰離子電池技術(shù)和更低正向電壓的白光LED必會為驅(qū)動器的設(shè)計帶來新的挑戰(zhàn)。

用做LCD顯示屏背光照明的RGB LED一般都會應(yīng)用在高檔的便攜式電話或其他設(shè)備上，這些應(yīng)用均要求高素質(zhì)的畫面和顏色復(fù)制。此外，配合適當(dāng)?shù)尿?qū)動器、LED和顏色過濾器，采用RGB背光照明比白光LED更省電。

可編程性是時下最先進(jìn)的鍵盤背光照明驅(qū)動器的一個主要功能，除了較易控制外，還能節(jié)省系統(tǒng)能耗。此外，可編程LED驅(qū)動器還可為個人化的便攜式電話創(chuàng)造出更多有趣的燈光效果。