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(多图) 彩屏手机背光驱动电路的选择策略

来源:电子产品世界?? 2005年11月20日 ?? 收藏0

  近几年来,彩色LCD显示屏在手机中使用量越来越大,白光LED为这种应用提供了完美的背光解决方案。由于白光LED的导通压降一般为3.5V(20mA),最大值可以到达4V,而单节锂离子电池的一般输出电压为3.6V~4.2V,因此,一般不能直接用单节锂离子电池来驱动白光LED,通常需要用专门的LED驱动电路来实现。

  1 驱动电路介绍

  目前,一般的LED驱动电路可以分成二种,一种是串联驱动,采用电感型DC-DC升压转换原理,所有的LED是串联连接的形式;另一种是并联驱动,采用电容型的电荷泵倍压原理,所有的LED是并联连接的形式。

  串联驱动电路体积小,效率高。这种类型电路一般都是采用SOT23-5L或者SOT23-6L的封装,占用PCB板的空间很小。白光LED驱动电路的效率计算公式为:

  Eff(%)=白光LED上的电压×白光LED上的电流*100/(输入电压×输入电流)

  以此公式计算,串联驱动电路的转换效率一般都在80%以上。但是,由于串联驱动电路使用了电感和高速的开关,对系统中的其他电路干扰会大一些。

  并联驱动电路利用分立电容将电流从输入端

传送到输出端,整个过程不需要电感,所以也是一个受欢迎的解决方案。这种驱动电路,只需要根据芯片规格选择合适的电容,但是它只能提供有限的输出电压范围,绝大多数电荷泵的电压转换比例是1.5或者2,这表示输出电压不可能高于输入电压的1.5倍或者2倍,因此想利用电荷泵驱动一个以上的白光LED,就必须采用并联驱动的方式,为了保证电流分配的平均,通常用外接电阻或者在芯片内部采用电流镜的方式。并联驱动电路通常转换效率较低,一般不超过70%。

  那么,如何保证白光LED驱动电路既有高的效率,同时,对手机中其他电路的干扰又小,这是手机设计厂家和显示模块制造厂家所关心的一个重要问题。

  2 串联型白光LED驱动模块对手机的干扰分析

  如前面所述,这种LED串联型的驱动方式,和并联型的驱动方式相比,通常具有效率高的优点。但是,由于使用了电感和高速的开关管,电路的工作有可能对系统其他模块产生干扰。尤其在手机应用中,对手机接收灵敏度的影响尤其值得注意。

?基本的串联型驱动电路示意简图

图一 基本的串联型驱动电路示意简图

 开关管Q1集电极的电压波形?

图二 开关管Q1集电极的电压波形

  图一的电路基本工作原理为:电阻R1的反馈电压控制开关管Q1的导通和关断,在Q1导通的时间内,肖特基二极管D1反向截止,电感L1的电流持续增加,在Q1关断的时间,L1通过D1给VOUT端的电容C2充电,通过这样的反复开关以及反馈控制,被驱动的LED电流维持在设定值。开关管Q1的工作频率通常在1M Hz左右。由于串联型驱动电路的开关管工作在高频通断状态,高频的快速瞬变过程是一个干扰源,这种高速的开关信号产生的谐波电平,对于其他电子设备来说就是EMI信号,这些谐波电平可以从对电源线的传导干扰(频率范围为0.15~30MHz)和电场辐射干扰(频率范围为30~1000MHz)的测量中反映出来。

  为了抑制传导干扰,一般采用适当的EMI滤波器;为了抑制辐射干扰,一般会把产生干扰的模块用屏蔽罩和其他模块隔离开。除了这些外部的抑制手段外,也可以控制驱动电路内部开关管的上升下降沿,使得上升下降沿不要过于陡峭,并且尽量减小过冲,这样也可以减小电磁干扰。不过如果上升下降沿过缓,对转换效率会造成一定的影响。

  损失在开关瞬间的功耗:

  ? 开关管的开关损耗

  图三 开关管的开关损耗

  可以看到,损失在开关管上的功耗为P=VT*I,开关管在由关断到开启或者开启到关断的瞬间会损失较多的功耗。通过控制开关管的上升沿和下降沿,可以在干扰和效率之间取得平衡。 3 串联型LED驱动电路对手机干扰的对比测试

  手机中射频模块包括发射机(TX)和接收机(RX),发射机的发射功率在+30dBm到-55dBm之间,接收机信号接收范围则在-20dBm到-108dBm之间。对于接收机,接收灵敏度是一个重要的指标,对通话的质量有很大的影响,也是比较容易受到手机内其他电路模块干扰的一个指标。

  下表为使用CP2126(ChipHomer)和另一款同为串联型LED驱动芯片X时,LED驱动电路对手机信号接收灵敏度的影响的对比结果。

LED驱动电路对手机信号接收灵敏度影响的对比测试

  表一 LED驱动电路对手机信号接收灵敏度影响的对比测试

  可以看到,CP2126的工作与否对手机接收灵敏度的指标几乎没有影响,而芯片X在工作时,由于EMI的干扰造成了手机接收灵敏度的下降。同时,CP2126在输入3.6V驱动3个白光LED的典型情况下,可以达到83%的转换效率。

  从示波器上可以看到芯片X的开关上升下降速度都要高于CP2126。芯片X的开关上升沿为3.2ns,下降沿为3.5ns,CP2126的上升沿为8.2ns,下降沿为14.4ns。


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