白光LED电源设计技术的论文.doc

白光LED电源设计技术的论文.doc白光LED电源设计技术的论文
摘要:随着彩色显示屏在便携市场(如手机、pda以及超小型pc)中的广泛采用,对于一个单色lcd照明而言,就需要一个白色背光或侧光。fl(冷阴极荧光灯)背光相比,由于led需要更低的功耗和更小的空间,所以其看起来是背光应用不错的选择。白光led的典型正向电压介于3v~5v之间。由于为白光led供电的最佳选择是选用一个恒流电源,且锂离子电池的输入电压范围低于或等于led正向电压,因此就需要一款新型电源解决方案。
主要的电源要求包括高效率、小型的解决方案尺寸以及调节led亮度的可能性。对于具有无线功能的便携式系统而言,可接受的emi性能成为我们关注的另一个焦点。当高效率为我们选择电源最为关心的标准时,升压转换器就是一款颇具吸引力的解决方案,而其他常见的解决方案是采用充电泵转换器。在本文中,我们分别对用于驱动白光led的两款解决方案作了讨论,并探讨了他们与主要电源要求的关系。另外一个很重要的设计考虑因素是调节led亮度的控制方法,其亮度不但会影响整个转换器的效率,而且还有可能会出现白光led的色度变换。下面将介绍一款使用一个p信号来控制其亮度的简单的解决方案。与其他标准解决方案相比,该解决方案的另外一个优势就是其更高的效率。
任务
一旦为白光led选定了电源以后,对于一个便携式系统来说,其主要的要求就是效率、整体解决方案尺寸、解决方案成本以及最后一项但非常重要的emi(电磁干扰)性能。根据便携式系统的不同,对这些要求的强调程度也不尽相同。.效率通常是关键的设计参数中最重要或次重要的考虑因素,因此在选择电源时,要认真考虑这一因素。图1示显示了白光led电源的基本电路。
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与充电泵解决方案相比,升压转换器可实现更高的效率
一般来说,用于驱动白光led的电源拓扑结构有两种:即充电泵或开关电容解决方案和升压转换器。这两款解决方案均可提供较高的输出和输入电压。二者主要的不同之处在于转换增益m=vout/vin,该增益将直接影响效率;而通常来说,充电泵解决方案的转换增益是固定不变的。一款固定转换增益为2的简单充电泵解决方案通常会产生比led正向电压高很多的电压,如方程式(1)所示。其将带来仅为47%的效率,如方程式(2)所示。
式中vchrgpump为充电泵ic内部产生的电压,vbat为锂离子电池的典型电池电压。。通常,固定转换增益为2的充电泵会在内部产生一个更高的电压(1),该电压将会导致一个降低整体系统效率的内部压降(2)。。这样就可以在电池电压稍微高于led电压时实现在90%~95%效率级别之间运行,从而充许使用增益值为1的转换增益。方程式(3)和方程式(4)显示了这一性能改进。
当电池电压进一步降低时,,从而导致效率下降至60%~70%,如示例(5)和(6)所示。
图2显示了充电泵解决方案在不同转换增益m条件下理论与实际效率曲线图。
转换增益为2的真正的倍压充电泵具有非常低的效率(低至40%)