基于低压差线性LED驱动器的手机背光解决方案

文章摘要： 当LED阴极到地的电压VLED≥500mV时，流过LED的电流为： ILED＝435×(VCONTROL－VCTRL)／Rset 其中200、435是电流的放大倍数。从此可看出，LED电流等于流过Rset的电流乘以一个放大倍数，而这个放大倍数与LED的导通压降有关(如图3所示)。 图3：LED电流的放大倍数跟LED的导通压降的关系曲线图。 在手机背光应用中需要调节亮度，SP761x系列的LED驱动器可以通过多种方式来调节亮度： 1. 模拟调节。如图2a所示，可以调节给定电压VCONTROL或者电流设置电阻Rset的大小来调节LED电流，达到控制亮度的目的

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    当LED阴极到地的电压V_LED≥500mV时，流过LED的电流为：

I_LED＝435×(V_CONTROL－VCTRL)／R_set

    其中200、435是电流的放大倍数。从此可看出，LED电流等于流过R_set的电流乘以一个放大倍数，而这个放大倍数与LED的导通压降有关(如图3所示)。

图3：LED电流的放大倍数跟LED的导通压降的关系曲线图。

    在手机背光应用中需要调节亮度，SP761x系列的LED驱动器可以通过多种方式来调节亮度：

    1. 模拟调节。如图2a所示，可以调节给定电压V_CONTROL或者电流设置电阻R_set的大小来调节LED电流，达到控制亮度的目的。

    2. 数字调节。在电压V_CONTROL和电流设置电阻给定的情况下，可以通过管脚CTRL输入PWM信号来调节亮度。PWM信号可以通过手机平台的GPIO口输出，由软件设置PWM的占空比以达到控制亮度的目的。这个PWM信号的最高频率可达1MHz，但考虑到目前LED的响应速度不会超过10kHz，所以推荐频率为500Hz~1.5kHz。

表1：GPIO端口的设置表。

    3. 通过两个GPIO端口和两个电阻，分成6个档次来调节背光亮度，如图3c所示。GPIO端口可以参照表1来设置，其中R1大于R2，具体阻值可以根据实际应用情况来设置。

    效率也是手机背光应用中比较重要的一个参数。背光效率最准确的算法应该是用消耗在LED上的能量除以输入能量。由于SP761x系列低压差线性LED驱动芯片的工作漏电流非常小(uA级)，所以流过所有LED的输出电流可以近似等于输入电流，总体效率等于LED的导通压降V_f与输入电压(即电池电压V_battery)的比值。

Eff＝100×V_f／V_battery

    推荐LED的导通压降小于或等于3.2V，取V_f=3.2V，则效率如表2所示。当电池电压小于3.6V时，整体背光效率高于90%；当电池电压为4.2V，最低效率也有76%。目前手机用锂电池的工作范围在3.4V到4.2V之间。

    大约有20%的电池能量集中在4.2~4.0V之间，70%的能量集中在4.0~3.5V之间，剩余的10%左右的电池能量集中在3.5V电压以下区间，因此电池电压从4.0~3.5V区间的效率最重要。SP761x系列的效率为80%~91.4%，且电池电压越接近LED的导通压降，其效率越高。

    与升压驱动芯片和电荷泵芯片相比，低压差线性LED驱动芯片SP761x系列的效率并不逊色，并且在电池电压降低的情况下具有更好的性能。在电池电压降低的情况下，SP761x系列的背光效率反而升高，而升压驱动和电荷泵驱动芯片此时的背光效率将下降。虽然目前升压驱动芯片和电荷泵驱动芯片可以达到90%以上的效率，但是整体背光效率在75%~85%之间，且需要电感或者电容等储能元件。

    低压差线性LED驱动SP761x系列是共阳极的恒流LED驱动芯片，无须储能元件，外围简单，仅需要一个电流设置电阻，就可以通过模拟或数字方式调节背光亮度。它最高具有90%以上的效率，整体背光效率可达85%左右。此外，Sipex针对低压差线性LED驱动这个市场，将继续推出共阴极的驱动芯片来丰富这个产品线。

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