引言
　　近年來,，白光LED在照明領域成為越來越重要的創(chuàng)新產(chǎn)品。出眾的使用壽命及光效率使白光LED在快速增長的應用產(chǎn)品中,，成為客戶首選的解決方案,。集成電路制造商已開發(fā)出多種解決方案，使工程人員在最佳工作條件下使用這些新型元件,。本文旨在幫助他們選擇最佳的LED驅動器拓撲結構,。雖然也可使用高壓交流電源驅動LED，但是低壓電池供電系統(tǒng)仍然是主流應用方案,。因此,，本文將著重關注后一種類型的驅動器。

　　驅動器比較
　　在介紹驅動器工作原理之前,，讓我們簡單了解一下LED的一些基本特性,。發(fā)射光與通過發(fā)光二極管的電流量成線性正比關系。因此,，嚴格控制正向電流對于獲得所需的光發(fā)射而言極為重要,。而且,，與其它二極管相比，白光LED呈高度非線性,。與普通整流器相比,，白光LED在電氣性能上的唯一區(qū)別是其電壓為正向電壓，范圍在3V~4V之間,。因為電流和電壓的關系與溫度及工藝有關,，所以在 LED上施加電壓會導致電流輕微失控。因此,，驅動LED的最佳方法是在電流模式中進行操作,。
　　LED驅動器的選擇范圍很廣，但其目標應用數(shù)量有限,。彩屏手機的廣泛使用推動了白光LED的生產(chǎn),。白光LED被視為顯示屏背光的最佳解決方案。因此,，驅動器首先開發(fā)使用鋰離子電池供電,。允許的電源電壓范圍一般是2.7V~5.5V。出于同一使用原因,，連接到一個驅動器的LED數(shù)量直接取決于LCD的尺寸,。很多時候，LED的使用數(shù)量為3~5個,，但是對于大型顯示屏,，可使用多達10個 LED。第三個限制因素是解決方案的尺寸,。制造商始終在尋求最小且最薄的解決方案,。由于該方案使用電池供電，因此效率成為區(qū)分驅動器的關鍵因素,。第二種電路類型是閃光燈,，背光電路之間的主要區(qū)別是輸出功率。用于攝像手機閃光燈的LED需要100mA~ 1.2A電流,，而普通背光僅需 20mA,，LED的數(shù)量從1個到4個不等。如果不需要超過500mW 的電氣功率,，則顯示屏背光電路有極大的選擇空間,。一般來說從500mW~ 5W的規(guī)格更接近于閃光燈應用。
　　現(xiàn)在讓我們看一下不同的拓撲結構（如圖1所示）,。正向電壓通常高于電池電壓,，所以電容性電荷泵或電感升壓裝置可用于提高可用電壓。電感升壓裝置的獨特優(yōu)點在于,，僅需使用一個功率開關即可產(chǎn)生足夠電壓,，以串聯(lián)LED,。沒有其他較好的方案能像這方案確保所有LED具有相同電流和亮度，可對電感的充放電進行有效控制,，確保穩(wěn)定的電流通過與LED串聯(lián)的檢測電阻,。這種電路的特點是效率較高。例如,，NCP5006在輸出電壓為22V的情況下可以實現(xiàn)高達90%的效率。當然,，實現(xiàn)這些卓越特性也要付出代價,，即需要電感。這種元件一般比電容更貴更厚,。對于非常重視厚度和 PCB面積的應用,，最佳解決方案通常是電容性電荷泵。

　　電荷泵用電池電壓對電容器進行充電,，然后用電氣方法對電容器電壓進行“存儲”,，提供高于電源電壓的輸出電壓，需要使用數(shù)個開關對電容器進行正確連接,。內(nèi)部復雜度有所提高,，但外部元件可能較小。電荷泵是一個電壓源,，其數(shù)值取決于電容和開關數(shù)量,。因此，在不大幅提高復雜度的情況下,，達到較高輸出電壓更為困難,。在這種情況下，要對LED進行并聯(lián)而不是串聯(lián),。要確保LED電流穩(wěn)定,，可通過附加電流源或電阻。對電流源進行匹配,，確保LED之間的電流差異微乎其微,。當精確度處于次要地位時，最好使用電阻來減少連接數(shù)量并降低復雜度,。電荷泵的主要缺點在于其效率,。開關和電容器的數(shù)量決定了電荷泵的乘數(shù)N。此比例通常為1.5 或2,。下列簡單的方程給出了理想效率的算法：

　　實際上,，Vout 不可能等于N.Vin，因為確保內(nèi)部電路正確偏置的最小壓降在于驅動器本身,，但是有些制造商聲稱效率可以高達95%,。當分析數(shù)據(jù)表時,，值得注意的是表中的值是最優(yōu)值。除非輸入電壓完全符合最優(yōu)條件,，否則需要在參數(shù)曲線上檢查最壞情況,。比如，圖2顯示了電感升壓裝置 (此處為NCP5006) 與有兩個乘數(shù)的電荷泵之間的效率差別,。
　　如上所述,，驅動器限制電源電壓通常為5.5V或6V，這在一些應用中是極為重要的限制,。幸好某些電感升壓裝置與電感器不同,，無需連接到同一個電源上，如NCP5006-NCP5007,。電路限制電源電壓為5.5V,，但是功率開關最高可以維持22V。由于電路的內(nèi)部架構不同,，因此可以采用應用中的低壓穩(wěn)壓源對其進行供電,，而電感器則需連接到更高的電池電壓上。

　　其中,，一個重要的參數(shù)是LED驅動器產(chǎn)生的噪聲,。因為電容器要進行充放電，所以電荷泵是大電流毛刺的來源,。如欲減少這種影響,，則必須進行高質量的輸入濾波。由于存在電感,，電感升壓裝置會引起電磁干擾(EMI),。通常情況下，可變頻率的干擾少一些,，但是頻率值取決于工作條件,。系統(tǒng)設計人員通常偏好稍高的EMI水平，但使用固定頻率,。

　　下表1中列出了使用不同LED驅動器拓撲結構可獲得的典型參數(shù)值,。很明顯，可以找到因某個參數(shù)而超出這些性能的器 件,，但是此表旨在于幫助工程人員識別可以滿足一系列要求的電路類型,。