手機白光LED驅動電路的設計與應用

多年來，發光二極管(Light Emitting Diode;LED)已經廣泛使用在狀態指示以及信息顯示屏上，現在我們更可以在常見的紅、綠及黃光之外，選用藍光以及廣泛應用于便攜式設備的白光產品。舉例來說，白光LED被認為是彩色顯示設備的理想背光照明，但在為這些新型LED設計電源時，我們必須注意其本身的特性。本文對手機白光LED驅動電路分析和解決。

　
　推動移動電話顯示由單色轉換為彩色的一個主要趨勢是拍攝功能的集成。最初這些成像器件的分辨率相當有限，同時圖像質量也不佳。但隨著技術的發展，分辨率由30萬像素的VGA等級進展到100至200萬級像素，并快速朝向300萬像素以上的分辨率級邁進。在成像器件、處理器與軟件不斷得到改進后，消費者現在希望得到更多的數碼相機功能，例如低照明情況下需要的閃光燈，甚至是自動對焦等。在這樣的分辨率下，良好的畫質輸出以及圖片與視頻分享變得更加實用，這些更高密度的CMOS成像器件需要從目標獲得更多的反射光，因此進一步推動了集成閃光功能的需求。

　　LED驅動設計的新要求

　　LED在具體的使時，要注意驅動電路的選用。LED 驅動電路除了要滿足安全要求外，另外的基本功能應有兩個方面：一是盡可能保持恒流特性，尤其在電源電壓發生±15%的變動時，仍應能保持輸出電流在±10%的范圍內變動。 二是驅動電路應保持較低的自身功耗，這樣才能使LED 的系統效率保持在較高水平。根據能量來源的不同，LED驅動電路總體上可分為兩類，一是AC/ DC轉換，能量來自交流市電，二是DC/ DC轉換，能量來自干電池、可充電電池、蓄電池等。根據LED驅動原理的不同，又可以分為線性驅動電路和開關驅動電路。

　　要將傳統的氙氣閃光燈放置到尺寸相當緊湊的手機內對設計工程師來說極具挑戰性，因為除了粗大的閃光用高壓電容外，還必須加上燈泡以及相關的變壓器與電子線路，而傳統的閃光燈也不適用于視頻拍攝的用途。慶幸的是，LED制造商已經著手通過采用如氮化銦鎵(InGaN)等新材料來提升功率LED的光輸出。

　　圖1：基于NCP5005的電感式LED驅動電路。

　　另一方面，半導體制造技術的創新以及封裝方式的改進也提高了能夠產生的流明數以及光電轉換效率。要產生最高的光輸出，這些功率LED可能需要400mA或更高，且脈沖寬度在50到200ms的電流輸出能力。但是對視頻應用來說，則需要較小的電流，但時間卻不僅限于單一脈沖。除了尺寸的限制以及人體工學的考慮外，這些相機模塊通常會集成在屏幕的后方或上方，以便使用者可以利用LCD作為抓取圖像的取景器，這在折疊式手機上特別常見。成像器件與鏡頭機構可能還必須能夠旋轉，以便手機可以在視頻會議模式下作為面對面溝通的工具，這在3G網絡的電話設計上預計將更加普遍，因為有足夠的帶寬可以運用在視頻會議上。

　　在討論這些趨勢時我們可以明顯地看出，屏幕顯示的質量與分辨率變得越來越高，同時尺寸也越來越大，特別是具備豐富多媒體功能的手機，預計未來將有越來越多的內容，如流視頻或廣播視頻、互聯網瀏覽與電子郵件、拍照與相片查看，以及游戲和信息獲取服務等。因此，當手機在沒有通話時屏幕使用將更為頻繁，但是如果手機的電池續航能力不夠，這些功能都將受到限制。因此，高效率的系統電源管理，包括屏幕與按鍵的背光電源管理就變得相當重要，而諸如相機閃光燈等以往只有在高端手機中才能看到的功能也將逐漸成為標準配置。

　　這些也將對白光LED背光驅動電路的設計帶來挑戰：更大的屏幕代表了有更多的區域需要背光，因此必須提升驅動器件的整體效率;由于空間有限，所以必須在單一封裝中集成更多的功能;由于考慮的不僅是大小，厚度也必須縮減，特別是滑蓋與折疊式造型的產品。