一種利用低漏失LDO實(shí)現(xiàn)低電壓的WLED驅(qū)動(dòng)方案

白光發(fā)光二極管(WLED)已受到廣泛應(yīng)用，主因在于WLED可用于提供可攜式電子產(chǎn)品顯示器的背光。一般認(rèn)為單一WLED需要4伏特的驅(qū)動(dòng)電壓，由于鋰電池提供3.6伏特的電壓，因此一般業(yè)界認(rèn)定需要升壓轉(zhuǎn)換器(Step-up Converter)，才能以單顆鋰電池進(jìn)行WLED的供電，因此許多IC都可用于驅(qū)動(dòng)WLED，其中大部分需要外部電感或飛馳電容器(Flying Capacitor)，才能將電池電力提升到足夠的電壓。

由于WLED技術(shù)日漸成熟，因此正向電壓的需求逐漸減少，目前有許多LED的一般正向電壓(VF)範(fàn)圍介于3.2～3.5伏特，最大範(fàn)圍則介于 3.7～4伏特之間。資料表通常針對大約15～25毫安培的LED電流指明這類電壓。本文探討較低電流的應(yīng)用，以及這些應(yīng)用如何影響WLED的正向電壓，文中也以德州儀器(TI)全新的LED驅(qū)動(dòng)器TPS75105為例，說明如何以較小體積與較低成本有效驅(qū)動(dòng)這些較低電壓LED。

透過I-V曲線 辨析WLED應(yīng)用正向電壓

WLED與其他標(biāo)準(zhǔn)p-n接面二極管類似，必須有足夠的正向電壓才能導(dǎo)電。當(dāng)電壓超過臨界值時(shí)，會(huì)以WLED的正向電壓提升正向電流。圖1顯示兩個(gè)WLED的一般I-V曲線。

圖1　一般WLED I-V曲線

判讀此圖相當(dāng)容易。在一般二極管I-V曲線上，當(dāng)電壓超過臨界值時(shí)，電流便會(huì)隨著電壓急遽提升。圖1a顯示裝置的一般正向電壓經(jīng)指定為3.2伏特，正向電流為20毫安培，處理過程及溫度變化中最高出現(xiàn)3.7伏特。從中可看出應(yīng)用需要升壓直流對直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器，才能以單顆鋰電池的3～4.2 伏特輸出驅(qū)動(dòng)WLED。然而，實(shí)際狀況并非如此。以5毫安培WLED電流應(yīng)用為例，圖1a的曲線顯示驅(qū)動(dòng)5毫安培所需的正向電壓大約是2.9伏特，此遠(yuǎn)低于資料表顯示的驅(qū)動(dòng)20毫安培所需一般電壓，因此，只須使用3.6伏特鋰電池即可驅(qū)動(dòng)2.9伏特輸出電壓，完全毋需升壓轉(zhuǎn)換器。

WLED的規(guī)格涵蓋批次間程序及製作變化的一般值及最大值，資料表提供的I-V曲線通常是元件符合一般規(guī)格的情況，雖然曲線形狀對于製作的各零件都有效，然而視個(gè)別裝置的不同測試條件，曲線會(huì)偏右或偏左。若使用前例中相同零件編號的其他LED，在一般測試條件(20毫安培正向電流)下測出的正向電壓為 3.7伏特(額定上限)，此電壓比一般裝置高出0.5伏特，這表示需要3.4伏特(2.9伏特加上0.5伏特)的最大正向電壓，才能以5毫安培驅(qū)動(dòng)此WLED。根據(jù)應(yīng)用的截止電壓，毋須使用升壓轉(zhuǎn)換器，便能夠以5毫安培驅(qū)動(dòng)這個(gè)特殊WLED。藉由這項(xiàng)技巧可判斷任何應(yīng)用的最大正向電壓。溫度變化影響LED特性

某些應(yīng)用要求WLED在極端溫度的較嚴(yán)峻環(huán)境下運(yùn)作，溫度變化會(huì)影響LED特性，但是對于低電流與高電流的影響并不十分強(qiáng)烈。圖2中來自一般WLED資料表的圖形顯示正向電壓與溫度兩者之間的關(guān)系。

圖2　正向電壓與溫度之間的關(guān)係（日亞NSSW100CT）

此圖顯示溫度的關(guān)聯(lián)性隨著電流與正向電壓的增加而更為顯著。此外，一旦溫度升高，正向電壓便會(huì)降低。5毫安培曲線顯示，從室溫(25℃)變化至額定上限溫度(85℃)時(shí)，正向電壓大約降低0.1伏特，判斷所需的正向電壓時(shí)，應(yīng)將此納入考量，不過其中的影響不甚明顯。若特定應(yīng)用要求在極寒冷的環(huán)境下驅(qū)動(dòng)LED，則正向電壓增加時(shí)，會(huì)降低低輸入電壓的亮度。

實(shí)現(xiàn)極小型LED驅(qū)動(dòng)器　解決方案

一般驅(qū)動(dòng)多重WLED的方法是將這些WLED串聯(lián)，然后以電感升壓轉(zhuǎn)換器或電荷泵浦驅(qū)動(dòng)串聯(lián)串列，對于需要較高正向電壓的較高WLED電流而言，此為絕佳的方法。然而，如前所述，并不是所有的WLED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用都需要升壓轉(zhuǎn)換器，低電流WLED應(yīng)用的較簡易且較低成本驅(qū)動(dòng)器為極小型TPS75105 LED驅(qū)動(dòng)器IC。

TPS75105屬于線性電源，包含極低的28毫伏特漏失電壓，適用于驅(qū)動(dòng)分為個(gè)別兩組的四個(gè)平行WLED，此裝置在個(gè)別啟動(dòng)的兩組中提供四個(gè)2%相符電流路徑，採用極小型9球1.5平方毫米晶圓級晶方尺寸封裝(WCSP)，毋需任何外部元件，即可使用預(yù)設(shè)電流輸出，因此體積縮小為1.5平方毫米。圖 3顯示TPS75105的應(yīng)用電路。

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