白光發(fā)光二極管 (WLED) 應(yīng)用相當(dāng)普遍,，主要原因在于白光發(fā)光二極管可用于提供便攜式電子產(chǎn)品顯示器的背光,。一般認(rèn)為單一 WLED 需要 4 V 的驅(qū)動電壓,。由于鋰電池提供 3.6 V 的電壓，因此一般業(yè)界認(rèn)定需要升壓轉(zhuǎn)換器 (step-up converter) ,，才能以單節(jié)鋰電池為 WLED供電,。因此，許多 IC 都可用于驅(qū)動 WLED,，其中大部分需要外部電感或飛馳電容器 (flying capacitor) ,，才能將電池電力提升到足夠的電壓。由于 WLED 技術(shù)日漸成熟,，因此需要正向電壓的需求逐漸減少,。目前有許多 LED 的一般正向電壓 (VF) 范圍介于 3.2 至 3.5 V 之間，最大范圍則介于 3.7 至 4 V 之間,。資料表通常針對大約 15 至 25 mA 的 LED 電流指明這類電壓,。本文探討較低電流的應(yīng)用，以及這些應(yīng)用如何影響 WLED 的正向電壓,。文中也以德州儀器 TPS75105 這款全新的 LED 驅(qū)動器為例,，說明如何以較小體積與較低成本有效驅(qū)動這些較低電壓 LED。

LED 正向電壓

WLED 與其它標(biāo)準(zhǔn) p-n 接面二極管類似,，必須有足夠的正向電壓才能導(dǎo)電,。當(dāng)電壓超過臨界值時(shí)，會以 WLED 的正向電壓提升正向電流,。圖 1 顯示兩個(gè) WLED 的一般 I-V 曲線,。

圖 1. 一般 WLED I-V 曲線

判讀此圖相當(dāng)容易。在一般二極管 I-V 曲線上,，當(dāng)電壓超過臨界值時(shí),，電流便會隨著電壓急遽提升。圖 1a 顯示裝置的一般正向電壓經(jīng)指定為 3.2 V,，正向電流為 20 mA,，處理過程及溫度變化中最高出現(xiàn) 3.7 V。從其中可看出應(yīng)用需要升壓 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,，才能以單節(jié)鋰電池的 3 至 4.2 V 輸出驅(qū)動 WLED,。然而，實(shí)際狀況并非如此,。以 5 mA WLED 電流應(yīng)用為例,，圖 1a 的曲線顯示驅(qū)動 5 mA 所需的正向電壓大約是 2.9 V，這遠(yuǎn)低于數(shù)據(jù)表顯示的驅(qū)動 20 mA 所需一般電壓,，因此,，只需使用 3.6 V 鋰電池即可驅(qū)動 2.9 V 輸出電壓，完全不需要升壓轉(zhuǎn)換器,。

WLED 的規(guī)格涵蓋了批次間程序及制作變化的一般值及最大值,。數(shù)據(jù)表提供的 I-V 曲線通常是零件符合一般規(guī)格的情況。雖然曲線形狀對于制作的各零件都有效,，然而視個(gè)別裝置的不同測試條件,，曲線會偏右或偏左。如果使用前例中相同零件編號的其它 LED,，在一般測試條件 (20 mA 正向電流) 下測出的正向電壓為 3.7 V (額定上限),。這個(gè)電壓比一般裝置高出 0.5 V，這表示需要 3.4 V (2.9 V 加上 0.5 V) 的最大正向電壓,，才能以 5 mA 驅(qū)動這個(gè) WLED,。根據(jù)應(yīng)用的截止電壓，不需要使用升壓轉(zhuǎn)換器,，便能夠以 5 mA 驅(qū)動這個(gè)特殊 WLED,。借由這項(xiàng)技巧可判斷任何應(yīng)用的最大正向電壓。

溫度變化有何影響,？

某些應(yīng)用要求 WLED 在極端溫度的嚴(yán)峻環(huán)境下運(yùn)作,。溫度變化會影響 LED 特性，但是對于低電流與高電流的影響并不十分強(qiáng)烈,。圖 2 中來自一般 WLED 數(shù)據(jù)表的圖形顯示正向電壓與溫度兩者之間的關(guān)系,。

圖 2. 正向電壓與溫度之間的關(guān)系 (Nichia NSSW100CT)

此圖顯示溫度的關(guān)聯(lián)性隨著電流與正向電壓的增加而更為顯著。此外,，一旦溫度升高,，正向電壓便會降低。5 mA 曲線顯示,，從室溫 (25°C) 變化至額定上限溫度 (85°C) 時(shí),，正向電壓大約降低 0.1 V。判斷所需的正向電壓時(shí),，應(yīng)將此納入考慮,，不過其中的影響不甚明顯。如果特定應(yīng)用要求在極寒冷的環(huán)境下驅(qū)動 LED,，則正向電壓增加時(shí),，會使得低輸入電壓的亮度降低。

極小型 LED 驅(qū)動器解決方案

一般驅(qū)動多重 WLED 的方法是將這些 WLED 串聯(lián),，然后以電感升壓轉(zhuǎn)換器或電荷泵驅(qū)動串聯(lián)串行,。對于需要較高正向電壓的較高 WLED 電流而言，這是絕佳的方法,。然而,，如前所述，并不是所有的 WLED 驅(qū)動器應(yīng)用都需要升壓轉(zhuǎn)換器,。用于低電流 WLED 應(yīng)用的簡易,、低成本驅(qū)動器為極小型 TPS75105 LED 驅(qū)動器 IC,。TPS75105 屬于線性電源，包含極低的 28 mV 漏失電壓,，適用于驅(qū)動分為單獨(dú)兩組的四個(gè)平行 WLED,。此裝置在單獨(dú)啟動的兩組中提供四個(gè) 2% 相符電流路徑。此裝置采用極小型 9 球 1.5 平方毫米芯片級封裝 (WCSP),，不需要任何外部組件,，即可使用預(yù)設(shè)電流輸出，因此體積縮小為 1.5 平方毫米,。值得一提的是,，TPS75105 是德州儀器所提供其中一種成本最低廉的 WLED 照明解決方案，圖 3 顯示 TPS75105 的應(yīng)用電路,。

圖 3. TPS75105 應(yīng)用電路

乍看之下,，使用低漏失線性電路似乎不切合實(shí)際，因?yàn)榫€性調(diào)節(jié)器一直存在效率較低的問題,。事實(shí)上,，一般都對于 LDO 存在誤解。LDO 效率完全根據(jù)輸入/輸出電壓比而定,，因此,，驅(qū)動 WLED 的效率相當(dāng)高。例如,，以 3.6 V 鋰電池的輸入電力驅(qū)動 3 V WLED,，能夠達(dá)到 83% 的 LED 效率。圖 4 顯示鋰電池范圍內(nèi)多種不同 WLED 正向電壓的 TPS75105 效率,。TPS75105 的 LED 效率不亞于甚至優(yōu)于其它 WLED 驅(qū)動器解決方案,。

圖 4. TPS75105 LED 效率

圖 5 顯示鋰電池放電曲線上 TPS7510x LED 效率。在所有三條曲線中,，整個(gè)放電范圍的平均效率都超過 80%,，并且在 VLED 為 3.3 V 時(shí)達(dá)到 90%。由于本文著重于低電流應(yīng)用,，因此,，只要輸入電壓足夠，TPS7510x 便能夠使各個(gè) LED 達(dá)到 25 mA,。這些應(yīng)用都具有體積尺寸極小的優(yōu)點(diǎn),。

圖 5. 鋰電池放電曲線上的 TPS7510x LED 效率

結(jié)論

評估 LED 驅(qū)動器應(yīng)用時(shí)，必須特別考慮應(yīng)用需要多少電流,。如果需要的電流遠(yuǎn)低于應(yīng)用 WLED VF 規(guī)格的電流,，則必須檢查 WLED 數(shù)據(jù)表 I-V 曲線，決定應(yīng)用的實(shí)際 VF。該應(yīng)用可使用 TPS75105 之類的低漏失線性電源以縮小體積并降低成本,，同時(shí)不降低切換升壓轉(zhuǎn)換器的效率,。