混合模式并聯(lián)驅(qū)動電路

　　為了能夠和串聯(lián)驅(qū)動相抗衡，并聯(lián)驅(qū)動電路要重點解決兩個問題：一個是效率，一個是電流匹配。為了提高效率，非常有必要引入新的工作模式。在這種情況下，驅(qū)動電路所產(chǎn)生的輸出電壓不再是一個固定值，而是一個適當(dāng)并且可以驅(qū)動LED的電壓值。

　　一般來說，白光LED在工作電流為20mA時，正向?qū)妷阂话阍?.1~3.5V左右。鋰電池的額定電壓為3.6V或3.7V，充滿電后的電壓一般 在4.2V~4.3V，鋰離子電池允許深度放電到2.7V，但是在實際應(yīng)用中，一般手機設(shè)置的強制關(guān)機電壓為3.6V左右(不同整機廠商設(shè)定的強制關(guān)機電 壓可能不同)。在電池充滿電后，這個電壓足以直接驅(qū)動LED，在這種情況下，電荷泵電路不工作，電池的電壓通過一個開關(guān)直接到VOUT然后驅(qū)動LED。而 隨著電池的放電，電池電壓會逐步降低，當(dāng)降低到一定程度不足以直接驅(qū)動LED時，電荷泵電路開始工作。所以集成多種驅(qū)動模式成為背光驅(qū)動的主流解決方案， 即所謂集成1倍模式和1.5倍模式，并且在盡可能的情況下，讓電路工作在1倍的直通模式下。啟攀新推出的CP2130/1/3，很好的解決了這兩個問題。 其中CP2130可以最多驅(qū)動5個LED，CP2131可以最多驅(qū)動3個LED，CP2133可以最多驅(qū)動4個LED。圖4為混合模式控制原理圖。

　　同樣，對于系統(tǒng)應(yīng)用而言，最關(guān)心的指標(biāo)仍是效率和LED電流匹配度。所謂效率，盡可能地工作在1倍模式能夠顯著提高整個電池工作電壓范圍的電源轉(zhuǎn)換效率。

　　1. 效率

　　對于關(guān)注的效率問題，CP2130/1/3實現(xiàn)了兩種工作模式自適應(yīng)動態(tài)切換(即根據(jù)電池電壓和LED實際導(dǎo)通壓降判斷)，而不是固定電壓點切換(即 只考慮電池電壓)，從而顯著提高了效率。只要電池電壓比LED的工作電壓高350mV至550mV(根據(jù)EN1和EN2的引腳設(shè)定不同而不同) 時，CP2130/1/3就可以工作在相對效率較高的一倍模式下。

　　圖5所示為典型應(yīng)用情況下CP2130/1/3的工作效率。可以看到效率根據(jù)工作模式的不同，是一個兩段的折線圖，80％的電池能量在3.6V~4.1V之間，在這個電壓范圍內(nèi)可以獲得平均80%以上的工作效率。

　　2. 電流匹配度

　　和串聯(lián)驅(qū)動相比，并聯(lián)驅(qū)動要解決的一個重要問題就是各個LED間的電流匹配，由于LED的發(fā)光亮度是和它的工作電流相關(guān)的，不一樣的電流會導(dǎo)致顯示屏 的亮度不均勻。對于并聯(lián)驅(qū)動的LED，在實際應(yīng)用中，LED由于批次的不同和個體差異，在同樣工作電流情況下的正向?qū)▔航挡煌?，可能會?50mV~200mV左右的電壓差值，這要求在設(shè)計內(nèi)部的電流控制電路時需要考慮到這個差異。CP2130/1/3采用申請了國家專利保護的Auto- Mirror技術(shù)，可以使得各并聯(lián)白光LED電流匹配度幾乎不隨白光LED導(dǎo)通壓降的差別而變化。即使導(dǎo)通壓降差在50mV~200mV之間，LED的電 流匹配度仍然可以達到2%以內(nèi)。

　　圖6是一種典型應(yīng)用情況，CP2130/1/3采用QFN 3*3mm2 16引腳的封裝，同時外圍元件相當(dāng)簡單，只需要4個電容。

　　3. 支持PWM調(diào)光

　　目前調(diào)光方式主要有兩種，一種是通過改變LED的直流工作電流的方式來調(diào)整亮度，例如，有的芯片通過設(shè)置內(nèi)部的寄存器來直接設(shè)置LED的直流工作電 流，從而達到不同的亮度級，這種方式的缺點是可能會產(chǎn)生色移。所謂白光LED，其實是利用一種作為其管芯的藍光LED所發(fā)出的短波長紫藍光，激發(fā)涂布于輸 出光學(xué)透鏡內(nèi)壁的熒光材料，進而產(chǎn)生波譜較寬的白色復(fù)合光。在非額定電流工作情況下，LED所產(chǎn)生的光譜會有變化，導(dǎo)致最終的白光有色移。

表1：LED驅(qū)動電路對手機信號接收靈敏度影響的對比測試

　　而另一種方式就是PWM調(diào) 光，利用人眼的視覺暫停原理，以一定的頻率和占空比來周期性的控制白光LED的導(dǎo)通電流在零電流到額定工作電流之間來回切換，從而調(diào)整亮度，這種調(diào)光方式 就不會產(chǎn)生色移。在應(yīng)用時，為了確保人眼看不到LED周期亮滅的情況，PWM調(diào)光的頻率一般要大于100Hz，CP2130/1/3可以支持 0~50kHz的調(diào)光頻率范圍，這樣大大方便了系統(tǒng)的設(shè)計。并且由于芯片優(yōu)越的環(huán)路控制特性，保證了調(diào)光過程的平穩(wěn)，消除了可能潛在的噪聲干擾。

　　同時對于第一種調(diào)光方法，CP2130/1/3也設(shè)置了滿量程、2/3量程和1/3量程三個電流等級來實現(xiàn)直流調(diào)光方式。

　　本文小結(jié)

　　本文對比介紹了目前常用的兩種背光驅(qū)動解決方案。串聯(lián)驅(qū)動電路具備效率高的優(yōu)點，但是外圍元件比較多，而并聯(lián)驅(qū)動電路經(jīng)過不斷的發(fā)展，已經(jīng)由最初單純的兩倍電荷泵模式電壓控制型電路變成自適應(yīng)模式選擇加電流控制的電路。這樣的電路具備了外圍元件數(shù)目少，綜合成本低的優(yōu)點，同時也避免了串聯(lián)驅(qū)動電路通常 可能有的EMI干擾問題。目前，并聯(lián)驅(qū)動電路的方案已經(jīng)越來越多，逐步成為背光驅(qū)動電路的主流方案。