marshel的专栏

首页博文目录订阅
正 文

九阳真经系列:如何选择低成本、高性能的WLED驱动器 (1)

(2009-2-28 17:53)
标签:上海艾为 AWINIC AW9656 AW9301 背光驱动

如何选择低成本、高性能的WLED驱动器

前言

目前手机彩屏背光主要采用白光LEDWLED),WLED驱动器的功能就是要向WLED提供恒定电流,减少电池电压变化时所引起LED亮度的变化以及不同LED之间的亮度不匹配。这样的WLED驱动器随着时间的不同,不同的架构先后在手机中得到了大规模的应用。从20032005年,在手机中流行使用的是电感升压型WLED驱动器;20052007年大规模使用的是分数电荷泵型WLED驱动器;到2007年初崭露头角、2008年逐步流行的低压降恒流型WLED驱动器,经历了一系列的发展历程。如何选择合适的WLED驱动器?下面将逐步分析,以便从WLED驱动器演变的过程中去寻找合适架构的LED驱动器。

串联电感升压型WLED驱动器架构

                                                                                                                  图1. 串联电感升压型LED驱动器典型应用图

如图1所示,串联电感升压型WLED驱动器比较方便的通过一个电阻就设定了一串WLED的工作电流。但是它的最大问题在于:由于使用了电感来进行升压(boost),电感是通过把电能转换成磁能来储存能量的,在工作过程中,不停的进行电磁转换、这样就可能产生电磁辐射和电磁干扰,从而影响手机中的射频模块工作。例如:手机的接受灵敏度指标可能在背光模块工作时受到影响而下降,这样在基站信号不强的区域,背光模块的工作可能会导致通话质量的下降,导致用户对手机品质的抱怨。

分数电荷泵型WLED驱动器架构

2005年开始,手机中逐步流行分数电荷泵WLED驱动器,其基本架构如下:

                                                                                                                      图2. 分数电荷泵WLED驱动器典型应用图

通常这种分数电荷泵型WLED驱动器都是多模式的,可以自动根据WLED的正向导通压降(VF)和电源电压,来自动决定驱动器所需要的工作模式,比如,当WLEDVF3.3V时,电池电压在3.8V以上,通过内部的模式判断电路,驱动器可以停留在1X工作模式下,当电池电压下降到不足以维持WLED的设定电流时,通过电荷泵达到升压增强驱动能力的目的。

这种分数电荷泵型WLED驱动器的好处在于:消除了电感,减少了对手机射频电路的干扰,用廉价的电容储能来代替电感储能,外围元件的成本也进一步降低。这种芯片的封装一般为QFN3mm×3mm 16L的封装。

分数电荷泵型WLED驱动器的工作有一个特点:在理想情况下,输出80mA的驱动电流时,当工作在1X模式下,电源消耗电流的为80mA(考虑到芯片内部其他电路的消耗,电流一般小于81mA);当工作在1.5X模式下,电源消耗的电流突变为120mA(考虑到芯片内部其他电路的消耗以及开关损耗,电流一般在123mA左右),当工作在2X模式下,电源消耗的电流突变为160mA。因此,从分数电荷泵型WLED驱动器的效率曲线上,通常会看到一个或者两个突变点。因此,对于分数电荷泵型WLED驱动器,如何尽可能降低模式切换时所对应的电源电压,延长驱动器在1X模式下的工作时间,才是提升整体效率的关键。例如:图3所示的分数电荷泵型WLED驱动器,在电源电压低于3.75V时就要退出1X工作模式,因此,它最终所表现出来的整体效率和一个电源电压低到3.5V才退出1X模式的电荷泵型WLED驱动器整体效率会有很大的差别。

 

                                                                                                                  图3. 分数电荷泵型WLED驱动器效率折线图

                                                                                            图4. 分数电荷泵型WLED驱动器电源电流和工作模式关系

低压降恒流型WLED驱动器架构

随之发光LED的工艺改进,WLED的正向导通压降在下降。图52006年一款Nichia公司NSSW100CT WLEDI-V曲线,从图中可以看出提供20mA电流的WLED VF仅为3.2V左右。目前,基本上手机中普遍用到的WLED的正向导通压降一般在3.03.2V之间。

                                                                                                                                             图5.  Nichia WLED I-V曲线

随着WLEDVF持续下降,驱动WLED是否还需要升压?结合锂离子电池的特性和实际应用的情况来分析这个问题。

目前手机使用的电池都是锂离子电池,锂离子电池的特点为额定电压3.6V,充满电后为4.2V。在手机工作时,电池不断放电,电池电压不断下降,电池放电的电流不同,电压下降的曲线速率也不同,一般来说,在电池电压3.5V4.2V之间集中了90%的电池能量。

                                                                                                                                                   图6. 电池能量分布概图

结合这种实际情况,一般手机的工作设置为当锂离子电池放电到一定程度时,会通过软件的设置为不能通话或者强行关机。深度放电对锂离子电池的寿命会造成不可逆转的损伤,因此关机电压一般设置为3.5V左右。而这时,如果考虑到WLEDVF3.0V~3.2V之间,实际上驱动WLED可以不再需要升压。

                                                                                                          图7. 低压降恒流型AW9301 3LED驱动,一线调光

AW9301就是这样一款低压降恒流型芯片,它采用了专利的Q-MirrorTM架构,仅需要40mV的恒流源压降即可保证20mAWLED电流。也就是说,当WLEDVF3.1V时,只要电池电压高于3.14V,即可保证WLED的电流恒定不变,从而保证背光的亮度不变。

在驱动3WLED或者2WLED的时候,SOT23-6L封装的AW9301是比较合适的选择。

在驱动4WLED时,AW9364是比较好的选择,AW9364提供三种不同的封装类型,QFN3mm×3mm-16L封装可以兼容传统的电荷泵型封装形式,MSOP-8L是最经济的封装形式,DFN2mm×2mm-8L的封装是占PCB面积最小的封装形式。

                                                                                                      图8. 低压降恒流型AW9364 4WLED驱动,一线调光

和分数电荷泵型WLED驱动器相比,低压降恒流型有几个改进:

1.适应了WLEDVF的下降的趋势,不再需要电荷泵进行升压,节省了外部元件,分数电荷泵型WLED驱动器一般需要使用4个外围电容,而低压降恒流型WLED驱动器仅需要一个外围电容。

2.线性工作,无须开关升压,同时一线脉冲的调光方式会让背光驱动模块工作电流更为恒定,减少对其他模块的干扰。

3.芯片外围引脚数目变少,因此可以采用更为经济有效的封装、或者采用更小的封装,使得最终背光驱动解决方案更加经济、占板面积更小。

总之,在外围应用电路的复杂度以及成本控制上,低压降恒流型WLED驱动器比分数电荷泵型WLED驱动器更具优势。

评 论
还没有网友评论,欢迎您第一个评论!
博 主
进入marshel的首页
博客名称:艾为之家
日志总数:923
评论数量:2792
访问次数:2255622
建立时间:2009-2-3 13:15
导 航
公 告
You win, we win, all win! 客户需求是艾为存在的唯一理由! 新浪围脖:http://t.sina.com.cn/awinic 有空来看看
评 论
zwww1212艾为哪颗FM LNA IC 呢?(2-18)
52RD网友孙总这个造型变化很大啊(1-3)
yuzhouyouling天啊。。推荐日志里全是艾为的软文。。。。(12-5)
xtwang1016加油!努力!(10-25)
52RD网友虽然不恰当。。。蛮装逼的(9-29)
52RD网友写得不错(9-18)
caiqing07104感谢楼主分享, 技术贴!(9-12)
caiqing07104感谢楼主分享!!(9-12)