LED如何改善移動電話與PDA中的燈光效果和性能

　　由于具備高照明效率、長效性與小體積，LED已成為便攜式設(shè)備。

　　如移動電話與PDA等的必然選擇，約0.1W的低功耗白光LED目前正廣泛應(yīng)用在LCD顯示面板的背光與鍵盤照明上，當(dāng)然也可通過連接多顆LED帶來較高的亮度作為臨時照明或閃光燈等應(yīng)用，而可達1W的高功率LED則應(yīng)用在配備兩百萬像素，甚至更高分辨率的拍照手機中來支持黑暗環(huán)境中的拍照功能。除白光LED外，RGB(紅、綠、藍)光LED也經(jīng)常被用來強化移動電話的質(zhì)感，通過三種色彩精確適當(dāng)?shù)鼗旌停琑GB LED可創(chuàng)造出豐富多樣的色彩。

　　在指示應(yīng)用上，當(dāng)有來電或信息時可以讓彩色LED閃爍，或利用色彩來顯示發(fā)話者的身份，例如自行定義的群組，如朋友、家人或業(yè)務(wù)往來的來電，這項功能不僅為移動電話帶來個性化，同時在非常吵雜的環(huán)境中也相當(dāng)有用。為進一步強化使用者的影音感受，RGB LED也同時用來產(chǎn)生許多吸引人的發(fā)光效果，其中一個例子是將RGB的發(fā)光動作與響鈴的旋律或MP3音樂加以同步，另外一個RGB發(fā)光的有趣應(yīng)用則是日本松下公司的Feel Talk功能，由于RGB LED被安排在移動電話的機殼下方，因此可以依使用者的心情顯示不同的色彩。

　　LED效能的改善和電氣特性

　　在大量資金投注LED開發(fā)后，白光LED的照明效率比起剛發(fā)明時有了大幅度的改善，目前市場上最佳的白光LED照明效率可以達到100lm/W，相當(dāng)接近日光燈管，而一些領(lǐng)先公司也嘗試在藍光LED上使用不同的涂敷物質(zhì)，并推出更佳發(fā)光效率的設(shè)計方案，因此提供面板背光所需的LED數(shù)目將持續(xù)下滑，目前移動電話上標(biāo)準(zhǔn)LCD面板所需的背光LED大約為2~4顆，而PDA或智能型手機上LCD面板的背光則需要6~10顆。在進一步討論LED背光與閃光燈的驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)與新功能前，先回顧一下移動電話與PDA中廣泛使用的LED以及電池的電氣特性。

　　依不同制造商所采用技術(shù)的差異，LED的正向電壓(Vf)大約在2.7~4V之間，通常高功率LED擁有高達4.9V的較高正向電壓，因此LED驅(qū)動電路就必須提供足夠的正電壓以便讓LED以正向偏壓的方式發(fā)光。當(dāng)采用多顆LED來提供背光時，在驅(qū)動電路設(shè)計上應(yīng)考慮正向電壓間的差距，為了得到相同的照明強度，也就是讓不同的LED發(fā)出相同的色彩，設(shè)計工程師必須確保流經(jīng)每顆LED的正向電流能夠相同，低功率LED通常采用20mA的正向電流，最大約為25mA，目前市場上的高功率LED則能以高達1.5A的脈沖電流來驅(qū)動。

　　電池的電氣特性

　　目前移動電話與PDA中最常見的電池為鋰離子或者鋰高分子可充電電池，采用鋰材料的可充電電池額定電壓范圍是3.6V~3.7V，工作電壓則為4.2V~3.2V，為確保能夠安全工作，這類型的鋰電池只能夠在1C的范圍內(nèi)充電或放電，這里C由電池的額定容量所決定，例如1,000mAh的電池最高放電電流為1A，移動電話通常使用的電池容量大約在650~1,000mAh之間。為改善電池的效能，采用不同陰極材料的新型鋰離子電池已開始開發(fā)。在使用這類電池組時，設(shè)計工程師應(yīng)該遵守電氣規(guī)格限制并據(jù)此調(diào)整驅(qū)動電路。

　　在使用最高正向電壓為3.4V～4V的LED時，由電池提供的輸入電壓必須等于或高于所需的驅(qū)動電壓，因此需要一個具有穩(wěn)定電流功能的升壓式轉(zhuǎn)換器來推動以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接的LED。

　　電荷泵轉(zhuǎn)換器目前廣泛使用在LCD的背光驅(qū)動上，與采用電感式的升壓式轉(zhuǎn)換解決方案比較，電荷泵驅(qū)動電路由于具備較低的成本、較薄的厚度以及較低的噪聲特性而成為較佳的選擇，新推出的集成電路設(shè)計已經(jīng)逐漸改善電荷泵驅(qū)動電路的效率，目前最高效率可超過93%，而平均效率則約為80%。電荷泵驅(qū)動電路通常采1x與2x模式運作，部分設(shè)備中則加入了1.33x與1.5x模式來改善效率，在這類解決方案中，LED采用并聯(lián)方式連接，同時每個LED的電流由各自獨立的匹配電流源提供，最佳的驅(qū)動芯片在相同電路中任兩個LED電流間的匹配誤差約為0.2%。

　　在便攜式設(shè)備中，當(dāng)按鍵盤或觸摸屏?xí)r所用的LED電流最高，而在幾秒鐘沒有動作后，為降低功耗LED電流將降低，控制LED電流的一個常見方式是采用PWM脈沖來驅(qū)動芯片的使能端，通過啟動與關(guān)閉芯片，其輸出電流為PWM信號占空比的平均值。對于新LED驅(qū)動芯片，由于采用單根(S-Wire)或兩根線的I2C接口，故只需用一或兩個I/O口，因而設(shè)計非常簡單。

　　漸進式亮度變化與情境式照明

　　漸進式亮度變化主要應(yīng)用在便攜式設(shè)備啟動或關(guān)機時以創(chuàng)造劇場式的照明效果，在啟動時，背光電流會以預(yù)先設(shè)定的時間間隔以步進方式逐步放大到20mA，同樣在關(guān)機時采用相反的動作逐步降低，通過微處理器的幫助，可將具備不同頻率的PWM信號送到LED驅(qū)動電路的使能端來實現(xiàn)這樣的效果，以特定時間間隔將LED電流用多重步進的方式加大或降低，但這個方法的缺點是耗費實時處理器資源，在NCP5602與NCP5612這類的LED驅(qū)動芯片產(chǎn)品上就具有此功能，參考圖1。

　　圖1：典型的兩顆LED式電荷泵驅(qū)動器應(yīng)用。(a) 采用I2C控制接口的LED驅(qū)動電路;(b) 采用單線式S-Wire控制接口的LED驅(qū)動電路。