利用LDO改善白光LED的匹配度
白光LED與熒光燈相比具有使用簡單、成本低的優(yōu)勢,與白熾燈相比可以提供真正的白色光,因此,其用量在最近幾年呈現(xiàn)出穩(wěn)步上升的趨勢,在手持式產(chǎn)品中被廣泛用作閃光燈、顯示器背光等。當然,在實際應用中針對白光LED也存在一些有待解決的技術(shù)問題。
選用白光LED最明顯的問題是產(chǎn)品的匹配性差,按照白光LED的典型規(guī)格,電流為20mA時正向電壓的最小值為3.0V、典型值為3.5V、最大值為4.0V。顯然,穩(wěn)壓源不是合理的解決方案。當然,利用相同的電流驅(qū)動每只LED可以獲得均勻亮度,但成本很高。在許多應用中只是簡單地用一個固定偏置電壓和鎮(zhèn)流電阻驅(qū)動LED,如圖1所示。
按照圖1設(shè)計電路通??梢缘玫较喈敽玫牧炼绕ヅ?。但對于大批量生產(chǎn)的用戶,同一批次的產(chǎn)品具有相當一致的特征指標,但批次之間一致性較差。這就需要對每一批新的LED進行測試、為其配置鎮(zhèn)流電阻。如果存在多個LED供貨商問題將更加嚴重。為詳細描述上述問題,選用三個廠商的LED(分別用A、B、C表示)按照圖1所示電路作了以下測試,標號為A的LED選自一級白光LED供貨商,標號為B的LED選自二級白光LED供貨商,標號為C的LED是從電子配套市場購買的廉價LED。測試結(jié)果如表1所示。
表1 不同廠商LED的測試結(jié)果
LED電流(mA) | 平均值 | 均方誤差 | ||||
廠商 | A | 24.7 | 24.7 | 24.3 | 24.6 | 0.23 |
B | 18.0 | 18.7 | 18.3 | 18.3 | 0.35 | |
C | 20.8 | 19.7 | 18.7 | 19.7 | 1.05 |
從表1可以看出,同一廠商的LED匹配性較好,特別是來自規(guī)模較大的供貨廠家的產(chǎn)品(A、B兩種LED),三家廠商LED電流的平均均方誤差為0.54。不同廠商的白光LED在采用相同偏置電壓、相同的鎮(zhèn)流電阻時電流差別較大,均方誤差為3.27mA。單獨調(diào)節(jié)每只LED的電流或至少對其中一只LED的電流進行調(diào)節(jié)可以提高不同廠商或同一廠商不同批次LED的一致性,但這需要相當昂貴的芯片。在對成本要求苛刻的產(chǎn)品中,可以利用低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)改善LED的一致性,無需選擇阻值不同的鎮(zhèn)流電阻,具體電路如圖2所示。圖中LDO工作在穩(wěn)壓-穩(wěn)流模式下,根據(jù)一只LED的正向電壓的變化自動調(diào)節(jié)偏置電壓。
為考核圖2電路性能,將上述A、B、C三種LED按照圖2電路連接進行了測試,測試結(jié)果如表2。從表2可以計算出,相同廠商LED電流的一致性略有下降(圖2所得結(jié)果為0.77mA,圖1所得結(jié)果為0.54mA),但不同廠商的LED電流的一致性得到了較大改善,均方誤差由3.27mA降低至0.96mA。
表2 利用圖2電路測試三種不同廠商LED的結(jié)果
LED電流(mA) | 平均值 | 均方誤差 | ||||
廠商 | A | 20.9 | 20.9 | 20.3 | 20.7 | 0.35 |
B | 20.0 | 21.0 | 20.4 | 20.5 | 0.5 | |
C | 20.4 | 18.9 | 17.5 | 18.9 | 1.45 |
圖2電路需選擇帶有外部電壓調(diào)節(jié)引腳的LDO,如MAX8863,其反饋門限為1.25V(Vset)。選用SOT23封裝的LDO可提高系統(tǒng)的性價比,因為多數(shù)SOT23封裝的LDO帶有關(guān)斷控制,從而省去了圖1電路中控制LED通/斷的N溝道MOSFET。另外,LDO還具有較寬的輸入電壓范圍,當與其他電路共用同一+5V電源時可以提供較高的電源抑制比(PSRR)。
圖3電路是對圖2電路的修正,每只LED的電流為15mA,適合便攜產(chǎn)品的背光源要求。MAX8863可以驅(qū)動8只LED,每只LED電流為15mA。當LED正向電壓較低,或鎮(zhèn)流電阻的電流低于15mA時,所允許的輸入電壓更低。
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