探討小型LCD背光的LED驅動電路設計

去幾年來，小型彩色LCD顯示屏已經被集成到范圍越來越寬廣的產品之中。彩色顯示屏曾被視為手機的豪華配置，但如今，即便在入門級手機中，彩屏已成為一項標配。幸好，手機產業的經濟規模性(全球手機年出貨量接近10億部)降低了LCD彩色顯示屏的成本，并使它們集成在無論是便攜醫療設備、通用娛樂遙控器、數字相框/圖像查看器、教育玩具，或是最新具有WiFi功能的VoIP無繩電話等其他產品中都具有吸引力。

彩色LCD顯示屏需要白色背光，以便用戶在任何光照環境下都能正常地觀看。這個背光子系統包括1個高亮度白光發光二極管(LED)陣列、1個擴散器(diffuser)以擴散光線和1個背光驅動器將可用電能穩壓為恒定電流以驅動LED.一塊1到1.5英寸的顯示屏可能包含2到4個LED,而一塊3.5英寸顯示屏則可能輕易地就包含6到10個LED.對于LED而言，其光輸出與電流成正比，而且由于LED具有非常陡峭的電流-電壓(I-V)曲線，流過LED的電流緊密匹配是非常重要，這樣才能確保均衡背光，因為LED通常分布在LCD顯示屏的一邊。此外，也需要軟件控制讓用戶調節亮度，以及針對周圍光照環境作出補償。根據流經LED電流的不同，LED的色點(color point)可能會漂移。因此，將LED電流設定為固定值并對LED進行脈寬調制以降低平均光輸出就很普遍。要在手持產品設計中集成小型彩色LCD顯示屏并進而實現成本、性能和電池壽命的恰當平衡，存在著一系列需要考慮的因素。

電池供電產品需要優化的LED驅動電路架構，這些架構要處理并存的多項挑戰，如空間受限、需要高能效，以及電池電壓變化-既可能比LED的正向電壓高，也可能低。常用的拓撲結構有兩種，分別是LED采用并聯配置的電荷泵架構/恒流源架構和LED采用串聯配置的電感升壓型架構。這兩種方案都有需要考慮的折衷因素，如升壓架構能夠確保所有LED所流經的電流大小相同但需要采用電感進行能量轉換，而電荷泵架構使用小型電容進行能量轉換，但所有LED并聯排列得太過緊密以致電流匹配成為均衡背光所面對的一項棘手問題。圖1展示了這兩種架構的示例。

圖1:電荷泵和電感LED驅動器電路圖。