利用 LDO 改善白光 LED 的匹配度

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    白光 LED 与荧光灯相比具有使用简单、成本低的优势,与白炽灯相比可以提供真正的白色光,因此,其用量在最近几年呈现出稳步上升的趋势,在手持式产品中被广泛用作闪光灯、显示器背光等。当然,在实际应用中针对白光 LED 也存在一些有待解决的技术问题。

  选用白光 LED 最明显的问题是产品的匹配性差,按照白光 LED 的典型规格,电流为 20mA 时正向电压的最小值为 3.0V 、典型值为 3.5V 、最大值为 4.0V 。显然,稳压源不是合理的解决方案。当然,利用相同的电流驱动每只 LED 可以获得均匀亮度,但成本很高。在许多应用中只是简单地用一个固定偏置电压和镇流电阻驱动 LED ,如图 1 所示。

图 1


  按照图 1 设计电路通常可以得到相当好的亮度匹配。但对于大批量生产的用户,同一批次的产品具有相当一致的特征指标,但批次之间一致性较差。这就需要对每一批新的 LED 进行测试、为其配置镇流电阻。如果存在多个 LED 供货商问题将更加严重。为详细描述上述问题,选用三个厂商的 LED (分别用 A 、 B 、 C 表示)按照图 1 所示电路作了以下测试,标号为 A 的 LED 选自一级白光 LED 供货商,标号为 B 的 LED 选自二级白光 LED 供货商,标号为 C 的 LED 是从电子配套市场购买的廉价 LED 。测试结果如表 1 所示。

表 1 不同厂商 LED 的测试结果

LED 电流 (mA)

三只随机抽取的 LED 测试结果

平均值

均方误差

厂商

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


  从表 1 可以看出,同一厂商的 LED 匹配性较好,特别是来自规模较大的供货厂家的产品( A 、 B 两种 LED ),三家厂商 LED 电流的平均均方误差为 0.54 。不同厂商的白光 LED 在采用相同偏置电压、相同的镇流电阻时电流差别较大,均方误差为 3.27mA 。单独调节每只 LED 的电流或至少对其中一只 LED 的电流进行调节可以提高不同厂商或同一厂商不同批次 LED 的一致性,但这需要相当昂贵的芯片。在对成本要求苛刻的产品中,可以利用低压差线性稳压器( LDO )改善 LED 的一致性,无需选择阻值不同的镇流电阻,具体电路如图 2 所示。图中 LDO 工作在稳压 - 稳流模式下,根据一只 LED 的正向电压的变化自动调节偏置电压。

图 2


  为考核图 2 电路性能,将上述 A 、 B 、 C 三种 LED 按照图 2 电路连接进行了测试,测试结果如表 2 。从表 2 可以计算出,相同厂商 LED 电流的一致性略有下降(图 2 所得结果为 0.77mA ,图 1 所得结果为 0.54mA ),但不同厂商的 LED 电流的一致性得到了较大改善,均方误差由 3.27mA 降低至 0.96mA 。

表 2 利用图 2 电路测试三种不同厂商 LED 的结果

LED 电流 (mA)

三只随机抽取的 LED 测试结果

平均值

均方误差

厂商

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


   图 2 电路需选择带有外部电压调节引脚的 LDO ,如 MAX8863 ,其反馈门限为 1.25V ( Vset )。选用 SOT23 封装的 LDO 可提高系统的性价比,因为多数 SOT23 封装的 LDO 带有关断控制,从而省去了图 1 电路中控制 LED 通 / 断的 N 沟道 MOSFET 。另外, LDO 还具有较宽的输入电压范围,当与其他电路共用同一 +5V 电源时可以提供较高的电源抑制比( PSRR )。


图 3


   图 3 电路是对图 2 电路的修正,每只 LED 的电流为 15mA ,适合便携产品的背光源要求。 MAX8863 可以驱动 8 只 LED ,每只 LED 电流为 15mA 。当 LED 正向电压较低,或镇流电阻的电流低于 15mA 时,所允许的输入电压更低。