利用LED驅(qū)動(dòng)器延長(zhǎng)便攜設(shè)備的電池壽命(圖文)

便攜式產(chǎn)品制造商一直在尋找降低電力需求的方法，以最大限度地延長(zhǎng)電池壽命。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，以及諸如移動(dòng)電話等智能設(shè)備的普遍使用，用于網(wǎng)絡(luò)控制和監(jiān)控目的，對(duì)提高電源效率的需求變得更加迫切。便攜式設(shè)備上的LED背光可以占有效系統(tǒng)總功率的很大一部分。單獨(dú)的LED背光驅(qū)動(dòng)器可以使用高達(dá)40％，使其成為節(jié)能工作的主要目標(biāo)。

采用各種技術(shù)來(lái)最小化背光功耗。選擇針對(duì)低功耗和高效率進(jìn)行優(yōu)化的LED驅(qū)動(dòng)器IC是一個(gè)明確的起點(diǎn)。諸如環(huán)境光傳感器和動(dòng)態(tài)背光控制以及調(diào)光等技術(shù)可以為節(jié)省電池電量做出重要貢獻(xiàn)。

圖1：動(dòng)態(tài)背光控制使用調(diào)光以節(jié)省電池電量，例如在黑暗中使用智能手機(jī)時(shí)。

本文將考慮通過(guò)高級(jí)設(shè)計(jì)和明智選擇LED驅(qū)動(dòng)器可以做出的貢獻(xiàn)。仔細(xì)研究的因素包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，支持額外節(jié)能技術(shù)所需的特性，以及它們對(duì)效率和電路尺寸的影響。

將參考Richtek RT9285升壓轉(zhuǎn)換器，適用于單個(gè)電池的操作鋰離子電池和德州儀器（TI）的LM3530電流模式升壓轉(zhuǎn)換器可驅(qū)動(dòng)單串最多11個(gè)LED，LM3532和LM3697驅(qū)動(dòng)三個(gè)LED串。

超低功耗和可穿戴設(shè)備，帶有電荷泵的低壓差（LDO）穩(wěn)壓器，如Richtek的RT9361，是一種選擇，或降壓 - 升壓穩(wěn)壓器，包括Intersil的RT6150A/B或ISL9111。

Boost是最佳

恒流升壓轉(zhuǎn)換器通常被認(rèn)為是為電池供電應(yīng)用中用于顯示器背光的LED供電的最佳節(jié)能設(shè)備。有許多此類器件的供應(yīng)商，其中一些已經(jīng)制作了一些有用的應(yīng)用指南，以幫助設(shè)計(jì)人員最大限度地降低功耗并提高效率。

恒流轉(zhuǎn)換器很重要，因?yàn)長(zhǎng)ED需要用特定電流驅(qū)動(dòng)保持特定的光輸出。升壓轉(zhuǎn)換器用于將輸入電壓升壓至更高的輸出電壓。德州儀器（TI）在其許多器件數(shù)據(jù)表中提供設(shè)計(jì)，并在文章中提供：降低背光功耗的整體方法 1 。

通常，文章指出，電感式升壓拓?fù)溆糜隍?qū)動(dòng)串聯(lián)運(yùn)行的LED，而開(kāi)關(guān)電容器方法是并聯(lián)LED架構(gòu)的選擇。開(kāi)關(guān)電容器裝置往往限于固定數(shù)量的電壓增益，并且存在過(guò)度升壓的風(fēng)險(xiǎn)，但它們具有最小化所需外部元件數(shù)量的優(yōu)點(diǎn)。相反，電感式升壓轉(zhuǎn)換器可以產(chǎn)生支持LED串所需的精確升壓增益。

另一位電源管理專家Richtek在題為“電源管理簡(jiǎn)介 2 ，電感式升壓轉(zhuǎn)換器通過(guò)內(nèi)部Mosfet開(kāi)關(guān)對(duì)電感充電，并在Mosfet開(kāi)關(guān)關(guān)閉時(shí)通過(guò)整流器將電感放電至負(fù)載。從電感器充電到放電的過(guò)渡將使電感器兩端的電壓反向，從而使電壓升高到高于VIN。 Mosfet開(kāi)關(guān)的額定電流和升壓比將決定最大負(fù)載電流，Mosfet額定電壓將決定最大輸出電壓能力。在一些升壓轉(zhuǎn)換器中，整流器集成為Mosfet以提供同步整流。

TI建議通過(guò)最小化Nmos電源開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻和串聯(lián)電阻來(lái)優(yōu)化電感式升壓轉(zhuǎn)換器。電感器。然而，與具有相同電感值的較大電感器相比，較小電感器通常具有較高電阻。增加升壓開(kāi)關(guān)頻率可以允許使用較低值的電感器，但也會(huì)增加開(kāi)關(guān)損耗。

TI建議，選擇具有低正向?qū)�通電壓（VF）的肖特基二極管將提高升壓效率;雖然設(shè)計(jì)人員被警告說(shuō)低VF肖特基二極管通常比具有更高電壓的二極管更大。此外，與串聯(lián)背光驅(qū)動(dòng)器相關(guān)的高占空比（》 80％）將最大限度地降低低VF二極管的影響，因?yàn)槠骷�僅在一小部分開(kāi)關(guān)周期內(nèi)導(dǎo)通。

在串聯(lián)轉(zhuǎn)換器中，需要一個(gè)電流吸收器來(lái)控制通過(guò)每個(gè)LED串的電流。為了進(jìn)一步提高效率，TI建議，電流源調(diào)節(jié)電壓應(yīng)設(shè)置為略高于電流源的凈空（或壓差）電壓的電平。這可以防止由于輸入電壓的下降和/或輸出電容的充電/放電周期引起的輸出電壓紋波引起的LED串中的電流變化。

動(dòng)態(tài)背光

對(duì)于耗電量大的便攜式設(shè)備，例如智能手機(jī)，制造商越來(lái)越多地采用環(huán)境光傳感器：環(huán)境越暗，顯示器所需的光輸出越少。通過(guò)這種方式可以顯著減少?gòu)碾姵丶橙〉碾娏Α?TI指出，設(shè)計(jì)人員可以設(shè)置五個(gè)亮度等級(jí)的用例，對(duì)應(yīng)于陽(yáng)光，戶外陰天，室內(nèi)明亮，昏暗的房間和夜晚。亮度水平可以設(shè)置為100％至50％，相當(dāng)于LED驅(qū)動(dòng)電流從25 mA降至12.5 mA。

另一種選擇是建立用戶可調(diào)節(jié)的顯示亮度選項(xiàng)，鼓勵(lì)用戶確定他或她在顯示亮度和電池壽命之間的妥協(xié)。然而，最近，設(shè)計(jì)師開(kāi)發(fā)了動(dòng)態(tài)或內(nèi)容調(diào)整的背光控制功能。在這種情況下，亮度級(jí)別取決于所顯示信息的類型。例如，在觀看視頻內(nèi)容時(shí)，動(dòng)態(tài)背光控制器可以自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度等級(jí)以節(jié)省電力。不可避免地會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響，但設(shè)計(jì)人員可以確定降低功耗和保持圖像質(zhì)量之間的最佳點(diǎn)。

在所有這些情況下，LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)提供靈活的調(diào)光支持，需要控制輸出電流，從而控制LED光輸出。提供不同的調(diào)光技術(shù)，包括模擬和PWM調(diào)光

功能和權(quán)衡

雖然有大量基于升壓的LED驅(qū)動(dòng)器可供選擇，但選擇取決于應(yīng)用的性質(zhì)。 Richtek總結(jié)了選擇LED驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵參數(shù)：輸入電壓，LED串電壓和LED串電流，單/多串LED和調(diào)光要求。 TI強(qiáng)調(diào)了在性能折衷方面需要關(guān)注的關(guān)鍵規(guī)格，即：開(kāi)關(guān)頻率和電感值/尺寸。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持