優化手機白光LED驅動電路的設計

引言

　　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。

　　1　LED驅動設計的新要求

　　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。

　　2　驅動電路方案

　　手機中白光LED驅動電路經常使用兩種架構：LED以串聯方式連接的電感升壓轉換電路；每顆LED都通過穩定的電流源驅動的電荷泵驅動器。電感解決方案可以帶來最佳的整體效率，而電荷泵方式由于使用小型陶瓷電容作為能量轉換器件，因此體積最小。圖1和圖2分別給出了兩種驅動架構的典型應用電路。當前，功率LED的效率不斷地得到提高，降低了背光LED的功耗，因此可以用更少的LED提供更高的光輸出。這意味著兩、三年前需要4顆LED提供背光的1.5寸屏幕，現在只需兩顆功耗只有一半的LED就能夠得到相同的性能。