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选择用于驱动白色LED的电路
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Selecting a Topology for Driving White LEDs
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■安森美半导体模拟应用工程师Jason Hansen
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多年来，便携式电子设备（如手机和掌上电脑）一直使用单色液晶显示屏（LCD），且背景光通常由一个或多个低压绿色或蓝色LED提供。但是，多功能便携式设备以及如复杂的游戏机等应用的出现，要求屏幕能精确地显示全色图像。如要使LCD屏幕具有全色显示能力，需要使用白色光源。目前有多种白色光源可供设计师选择。
选择适当的白色光源
典型的彩色LED需要2.1伏正向电压的20毫安驱动电流，并且可由一节锂离子电池或多节镍金属氢化物电池驱动。剩余的电路较为简单，仅需一个开关和一个与LED串联的电阻器。
而白色光源则需要使用一个冷阴极荧光灯（CCFL）或一个白色LED。CCFL光源可能需要高达20伏的电源或负电压源。手持设备的电池不易提供此类电压，而需要使用高压或负压变压器。白色LED需4.1伏的20毫安电源，与CCFL设计相比，此类电源更易于获取且效率更高。
与彩色LED不同，白色LED不能直接由电池驱动。锂离子提供的平均电压小于白色LED的正向电压降。因此，必须对来自电池的电压进行升压，从而为LED提供更高的电压和恒定的电流。系统设计师有几种可选方案以完成这一工作。
升压转换器
第一种用于提供所需高电压的方案是具有固定输出电压的升压转换器。图1显示了采用安森美半导体NCP1400的典型电路。串联电阻器将固定电压转换为电流。
LED的亮度取决于转换器电压的精度、电阻器精度以及LED的电压-电流特性。由于电阻器的损耗，因此总效率较低。因为要确保稳定性，电阻器的电压降必须至少为转换器输出电压的10%。
如果需要调节亮度控制，也有几种可选方案。用1kHz信号调制NCP1400的使能引脚、改变输出电压或改变电阻值等方法，都可改变LED的平均亮度。
如要启动使能引脚，必须提供具有可调工作比的适当1kHz信号。设计师还必须考虑NCP1400的接通时间。使用数字信号处理器（DSP）改变输出电压时需要一个数字符串行接口--对大多数升压转换器而言不是标准配件。改变电阻值需要使用多个外部组件，特别在控制输入为数字信号的时候。
第二种用于驱动白色LED的升压转换器电路是将转换器的反馈电压与电阻器两端的电压相连，从而消除由于LED正向电压与电流特性的差异而导致的亮度差异。
选择此类型电路时需考虑的一个问题是反馈电压。新型转换器可将反馈电压由1.25伏降至500毫伏或更低。当几个LED串联时，由于电阻器的电压降小于总输出电压的10%，电阻器造成的效率损失将会降低。这一电路与图1中的电路具有相同的局限，即LED的亮度随电阻器和转换器的差异而变化。
最终电路采用专为驱动白色LED而设计的恒定电流输出升压转换器，如图2所示的安森美半导体NCP5009。在这一器件中，恒定电流通过监控电感器中的平均电流而获得。
由于不需外接电阻器，转换器的总效率得以提高。NCP5009具有一个数字接口，可方便地通过DSP调节亮度。比外，它还监测环境光并在需要时启动LED。NCP5009采用光电晶体管测量环境光，为自动调节LED亮度提供了创新的解决方案。这一功能还通过减少电池的漏电而延长了便携设备的工作时间。外部光监视器提供来自LED的直接反馈，可避免由转换器引起的亮度差异。
总之，设计师可有多种升压转换器用于驱动白色LED。一些升压转换器可提供固定的输出电压，另一些则可提供恒定电流。设计师应根据控制亮度的方式和频度以及所需的亮度一致性进行正确的选择。恒定电流模式可提供一致的亮度，而固定电压模式则受到LED组件匹配和电阻器精度的影响。设计师还可利用行业中现有的器件获得灵活的控制能力，即通过数字接口进行自动调整和微处理器控制。
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