利用LDO改善白光LED的匹配度

白光LED與熒光燈相比具有使用簡單、成本低的優勢，與白熾燈相比可以提供真正的白色光，因此，其用量在最近幾年呈現出穩步上升的趨勢，在手持式產品中被廣泛用作閃光燈、顯示器背光等。當然，在實際應用中針對白光LED也存在一些有待解決的技術問題。
　　選用白光LED最明顯的問題是產品的匹配性差，按照白光LED的典型規格，電流為20mA時正向電壓的最小值為3.0V、典型值為3.5V、最大值為4.0V。顯然，穩壓源不是合理的解決方案。當然，利用相同的電流驅動每只LED可以獲得均勻亮度，但成本很高。在許多應用中只是簡單地用一個固定偏置電壓和鎮流電阻驅動LED，如圖1所示。
　　按照圖1設計電路通常可以得到相當好的亮度匹配。但對于大批量生產的用戶，同一批次的產品具有相當一致的特征指標，但批次之間一致性較差。這就需要對每一批新的LED進行測試、為其配置鎮流電阻。如果存在多個LED供貨商問題將更加嚴重。為詳細描述上述問題，選用三個廠商的LED（分別用A、B、C表示）按照圖1所示電路作了以下測試，標號為A的LED選自一級白光LED供貨商，標號為B的LED選自二級白光LED供貨商，標號為C的LED是從電子配套市場購買的廉價LED。測試結果如表1所示。
表1 不同廠商LED的測試結果

　　從表1可以看出，同一廠商的LED匹配性較好，特別是來自規模較大的供貨廠家的產品（A、B兩種LED），三家廠商LED電流的平均均方誤差為0.54。不同廠商的白光LED在采用相同偏置電壓、相同的鎮流電阻時電流差別較大，均方誤差為3.27mA。單獨調節每只LED的電流或至少對其中一只LED的電流進行調節可以提高不同廠商或同一廠商不同批次LED的一致性，但這需要相當昂貴的芯片。在對成本要求苛刻的產品中，可以利用低壓差線性穩壓器（LDO）改善LED的一致性，無需選擇阻值不同的鎮流電阻，具體電路如圖2所示。圖中LDO工作在穩壓-穩流模式下，根據一只LED的正向電壓的變化自動調節偏置電壓。
　　為考核圖2電路性能，將上述A、B、C三種LED按照圖2電路連接進行了測試，測試結果如表2。從表2可以計算出，相同廠商LED電流的一致性略有下降（圖2所得結果為0.77mA，圖1所得結果為0.54mA），但不同廠商的LED電流的一致性得到了較大改善，均方誤差由3.27mA降低至0.96mA。

表2 利用圖2電路測試三種不同廠商LED的結果

　　圖2電路需選擇帶有外部電壓調節引腳的LDO，如MAX8863，其反饋門限為1.25V（Vset）。選用SOT23封裝的LDO可提高系統的性價比，因為多數SOT23封裝的LDO帶有關斷控制，從而省去了圖1電路中控制LED通/斷的N溝道MOSFET。另外，LDO還具有較寬的輸入電壓范圍，當與其他電路共用同一+5V電源時可以提供較高的電源抑制比（PSRR）。
　　圖3電路是對圖2電路的修正，每只LED的電流為15mA，適合便攜產品的背光源要求。MAX8863可以驅動8只LED，每只LED電流為15mA。當LED正向電壓較低，或鎮流電阻的電流低于15mA時，所允許的輸入電壓更低。