加强背光照明解决方案

如今，大部分便携式设备尤其是移动电话中的键盘背光照明以及其他装饰灯都倾向于采用个性的设计方式。然而，显示屏的背光和键盘的背光在要求上是不同的，而且这分别会影响到相关LED的驱动方法。

现在大部分的便携式电子产品，如移动电话、个人电子手帐、导航系统等，都拥有一个需要背光照明的小型LCD显示屏作为用户界面。人们用这些设备来观看高分辨率的相片、影片和上网浏览的时间亦越来越长。这样，人们对具备媒体存储能力的高质亮显示屏的需求变得越来越强烈，对背光LED和驱动器技术的挑战也就越大。现今，虽然白光照明LED主导了市场，但新涌现的红绿蓝(RGB)背光可改良显示屏上的色彩饱和度，因此前景无限。

LED和锂离子电池的改变将会影响背光驱动电路的设计。并且，在便携式设备上增加LED的数目会造成LED驱动设计上的挑战。最常见的挑战包括电源效率、控制界面/可编程能力、方案的大小尺寸、电磁干扰(EMI)和系统成本等。

亮度控制

背光照明LED的亮度控制可经由脉冲宽度调变(PWM)或恒流控制来实现。PWM亮度控制需动用一个恒流驱动器来驱动LED，但需要调节开/关时间才能达到所需的光度。因此PWM控制比直接的恒流控制更加复杂。

恒流控制的好处是没有了连续的开关动作，因此进行亮度调校时，由LED色谱位移而引致的EMI较低。LED制造商将LED按照“群集电流”来分组，并确保LED的表现不会降低。当群集电流改变时，LED的亮度变化会多于设定的规格，因此肉眼能分辨出背光照明LED之间的不同亮度。当使用很低的电流时，上述情况尤其明显。

如果使用PWM来控制亮度，那亮度调节便会在整个范围内呈线性，而且被调节时不会产生颜色上的变化。不过，PWM的变换会产生电磁干扰和可听得到的噪声。该噪声是由陶瓷电容器的压电效应所产生。为了免除这可听噪声，PWM的频率必须高至人耳收听不到的水平，如20kHz。另外一个方法便是使用很低的频率，令应用中的电容器和电路板不会产生共鸣，并保证不会产生出可听到的“啪啪”声(如250Hz)。通过减慢PWM控制的上升/下降沿可有助削减电磁干扰的强度。

背光照明驱动器的拓扑

驱动器拓扑可以分为并联和串联两种。当每一个LED均需要做个别控制时，会使用并联驱动。在背光照明的应用中，所有LED的亮度应该是一致的。但如果使用并联驱动器，LED电流之间可能会出现轻微的失配。幸而，配合最新的驱动器后，这种电流失配就变得微不足道了。因为这些LED的典型亮度容差一般比输出电流中的失配大很多。

当背光照明LED串联在一起时，相同的电流会流通所有LED，使得LED电流间出现百分百的匹配。此外，采用串联驱动后无须为每个LED进行个别的驱动器布线，所以PCB布线变得更容易。由于驱动器输出的正向电压已考虑到了数个LED，因此串联驱动法比并联驱动法稍胜一筹。串联驱动需要高压的升压转换器(如20V)来从锂离子电池中提取足够的电压以驱动数个串联LED。

驱动LED的最普遍方法是用低边驱动器输出，LED输出脚可作为一个恒流下沉(constantcurrentsink)。在这情况下，LED输出和电源电压需要独立的布线。如采用高边驱动器输出，那LED的输出脚便成为电流源，同时只有LED接脚要布线，LED阴极则直接接地。通常，在PCB处都有一个接地面，因此无须进行独立的布线。图1所示为不同驱动方法。


图1并联高压侧和串联低压侧驱动

白光LED和电池技术

便携式设备一般都用一枚锂离子电池来工作，其电压视所需的电荷介乎2.8～4.3V之间。白光LED正向电压一般为3.5V，这是单一的锂离子电池通常不能驱动的，因此需要采用升压式DC/DC转换器。转换器可以是电容式(电荷泵)或电感式(磁力升压)。由于电荷泵的体积较小，一般都会用在并联LED驱动器上。至于磁力升压转换器，一般都会用于高压的串联驱动器内，原因是电荷泵技术所能达到的输出电压还不够高。转换器输出电压的调节可以通过LED正向电压的感应来自动(适配性)履行，或者用户可根据LED正向电压的规格来设定一个恒压。

未来，新型锂离子电池和LED技术将会为LED驱动带来新的挑战。配合最新的化学成果，电池电压的范围将扩大到2.3～4.7V，而典型的白光LED正向电压将会下降至2.9V。与此同时，输出驱动器的饱和电压都会随着下降。当采用并联驱动时，要高效地驱动一个2.9V的LED，就需要动用一个升降压转换器。图2所示为由电池、驱动器和LED技术的进步所带来的效果。


图2电池和白光LED正向电压的技术进展