前言

　　目前手機(jī)彩屏背光主要采用白光LED（WLED），WLED 驅(qū)動(dòng)器的功能就是要向WLED 提供恒定電流，減少電池電壓變化時(shí)所引起LED 亮度的變化以及不同LED 之間的亮度不匹配。

　　這樣的WLED 驅(qū)動(dòng)器隨著時(shí)間的不同，不同的架構(gòu)先后在手機(jī)中得到了大規(guī)模的應(yīng)用。從2003～2005 年，在手機(jī)中流行使用的是電感升壓型WLED 驅(qū)動(dòng)器；2005～2007 年大規(guī)模使用的是分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器；到2007 年初嶄露頭角、2008 年逐步流行的低壓降恒流型WLED 驅(qū)動(dòng)器，經(jīng)歷了一系列的發(fā)展歷程。如何選擇合適的WLED 驅(qū)動(dòng)器？下面將逐步分析，以便從WLED 驅(qū)動(dòng)器演變的過(guò)程中去尋找合適架構(gòu)的LED 驅(qū)動(dòng)器。

　　串聯(lián)電感升壓型WLED 驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)

　　圖1.串聯(lián)電感升壓型LED驅(qū)動(dòng)器典型應(yīng)用圖

　　如圖1 所示，串聯(lián)電感升壓型WLED 驅(qū)動(dòng)器比較方便的通過(guò)一個(gè)電阻就設(shè)定了一串WLED 的工作電流。但是它的問(wèn)題在于：由于使用了電感來(lái)進(jìn)行升壓（boost），電感是通 過(guò)把電能轉(zhuǎn)換成磁能來(lái)儲(chǔ)存能量的，在工作過(guò)程中，不停的進(jìn)行電磁轉(zhuǎn)換、這樣就可能 產(chǎn)生電磁輻射和電磁干擾，從而影響手機(jī)中的射頻模塊工作。例如：手機(jī)的接受靈敏度 指標(biāo)可能在背光模塊工作時(shí)受到影響而下降，這樣在基站信號(hào)不強(qiáng)的區(qū)域，背光模塊的 工作可能會(huì)導(dǎo)致通話質(zhì)量的下降，導(dǎo)致用戶對(duì)手機(jī)品質(zhì)的抱怨。

　　分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器架構(gòu) 2005 年開(kāi)始，手機(jī)中逐步流行分?jǐn)?shù)電荷泵WLED 驅(qū)動(dòng)器，其基本架構(gòu)如下：

　　圖2.分?jǐn)?shù)電荷泵WLED驅(qū)動(dòng)器典型應(yīng)用圖

　　通常這種分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器都是多模式的，可以自動(dòng)根據(jù)WLED 的正向?qū)▔航?（VF）和電源電壓，來(lái)自動(dòng)決定驅(qū)動(dòng)器所需要的工作模式，比如，當(dāng)WLED 的VF為3.3V 時(shí)，電池電壓在3.8V 以上，通過(guò)內(nèi)部的模式判斷電路，驅(qū)動(dòng)器可以停留在1X 工作模式 下，當(dāng)電池電壓下降到不足以維持WLED 的設(shè)定電流時(shí)，通過(guò)電荷泵達(dá)到升壓增強(qiáng)驅(qū)動(dòng) 能力的目的。

　　這種分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器的好處在于：消除了電感，減少了對(duì)手機(jī)射頻電路的干 擾，用廉價(jià)的電容儲(chǔ)能來(lái)代替電感儲(chǔ)能，外圍元件的成本也進(jìn)一步降低。這種芯片的封 裝一般為QFN3mm×3mm 16L 的封裝。 分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器的工作有一個(gè)特點(diǎn)：在理想情況下，輸出80mA 的驅(qū)動(dòng)電流時(shí)， 當(dāng)工作在1X 模式下，電源消耗電流的為80mA（考慮到芯片內(nèi)部其他電路的消耗，電流 一般小于81mA）；當(dāng)工作在1.5X 模式下，電源消耗的電流突變?yōu)?20mA（考慮到芯片內(nèi) 部其他電路的消耗以及開(kāi)關(guān)損耗，電流一般在123mA 左右），當(dāng)工作在2X 模式下，電源 消耗的電流突變?yōu)?60mA。

　　因此，從分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器的效率曲線上，通常會(huì)看 到一個(gè)或者兩個(gè)突變點(diǎn)。因此，對(duì)于分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器，如何盡可能降低模式 切換時(shí)所對(duì)應(yīng)的電源電壓，延長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)器在1X 模式下的工作時(shí)間，才是提升整體效率的 關(guān)鍵。例如：圖3 所示的分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器，在電源電壓低于3.75V 時(shí)就要退 出1X 工作模式，因此，它終所表現(xiàn)出來(lái)的整體效率和一個(gè)電源電壓低到3.5V 才退出 1X 模式的電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器整體效率會(huì)有很大的差別。

　　圖3.分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED驅(qū)動(dòng)器效率折線圖

　　圖4.分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED驅(qū)動(dòng)器電源電流和工作模式關(guān)系

　　低壓降恒流型WLED 驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)

　　隨之發(fā)光LED 的工藝改進(jìn)，WLED 的正向?qū)▔航翟谙陆怠D5 為2006 年一款Nichia 公司NSSW100CT WLED 的I-V 曲線，從圖中可以看出提供20mA 電流的WLED VF 僅為3.2V 左右。目前，基本上手機(jī)中普遍用到的WLED 的正向?qū)▔航狄话阍?.0～3.2V 之間。

　　圖5. Nichia WLED I-V曲線

　　隨著WLED 的VF 持續(xù)下降，驅(qū)動(dòng)WLED 是否還需要升壓？結(jié)合鋰離子電池的特性和實(shí)際應(yīng) 用的情況來(lái)分析這個(gè)問(wèn)題。 目前手機(jī)使用的電池都是鋰離子電池，鋰離子電池的特點(diǎn)為額定電壓3.6V，充滿電后為 4.2V。

　　在手機(jī)工作時(shí)，電池不斷放電，電池電壓不斷下降，電池放電的電流不同，電壓 下降的曲線速率也不同，一般來(lái)說(shuō)，在電池電壓3.5V～4.2V 之間集中了90%的電池能量。

　　圖6.電池能量分布概圖

　　結(jié)合這種實(shí)際情況，一般手機(jī)的工作設(shè)置為當(dāng)鋰離子電池放電到一定程度時(shí)，會(huì)通過(guò)軟 件的設(shè)置為不能通話或者強(qiáng)行關(guān)機(jī)。深度放電對(duì)鋰離子電池的壽命會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的損 傷，因此關(guān)機(jī)電壓一般設(shè)置為3.5V 左右。而這時(shí)，如果考慮到WLED 的VF 在3.0V~3.2V 之間，實(shí)際上驅(qū)動(dòng)WLED 可以不再需要升壓。

　　圖7.低壓降恒流型AW9301 3LED驅(qū)動(dòng)，一線調(diào)光

　　AW9301 就是這樣一款低壓降恒流型芯片，它采用了的Q-MirrorTM 架構(gòu)，僅需要40mV 的恒流源壓降即可保證20mA 的WLED 電流。也就是說(shuō)，當(dāng)WLED 的VF 為3.1V 時(shí)，只要電 池電壓高于3.14V，即可保證WLED 的電流恒定不變，從而保證背光的亮度不變。

　　在驅(qū)動(dòng)3 個(gè)WLED 或者2 個(gè)WLED 的時(shí)候，SOT23-6L 封裝的AW9301 是比較合適的選擇。 在驅(qū)動(dòng)4 個(gè)WLED 時(shí)，AW9364 是比較好的選擇，AW9364 提供三種不同的封裝類型，QFN3mm ×3mm-16L 封裝可以兼容傳統(tǒng)的電荷泵型封裝形式，MSOP-8L 是經(jīng)濟(jì)的封裝形式， DFN2mm×2mm-8L 的封裝是占PCB 面積的封裝形式。

　　圖8.低壓降恒流型AW9364 4WLED驅(qū)動(dòng)，一線調(diào)光

　　和分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器相比，低壓降恒流型有幾個(gè)改進(jìn)：

　　1.適應(yīng)了WLED 的VF 的下降的趨勢(shì)，不再需要電荷泵進(jìn)行升壓，節(jié)省了外部元件，分?jǐn)?shù) 電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器一般需要使用4 個(gè)外圍電容，而低壓降恒流型WLED 驅(qū)動(dòng)器僅需要 一個(gè)外圍電容。

　　2.線性工作，無(wú)須開(kāi)關(guān)升壓，同時(shí)一線脈沖的調(diào)光方式會(huì)讓背光驅(qū)動(dòng)模塊工作電流更為 恒定，減少對(duì)其他模塊的干擾。

　　3.芯片外圍引腳數(shù)目變少，因此可以采用更為經(jīng)濟(jì)有效的封裝、或者采用更小的封裝， 使得終背光驅(qū)動(dòng)解決方案更加經(jīng)濟(jì)、占板面積更小。

　　總之，在外圍應(yīng)用電路的復(fù)雜度以及成本控制上，低壓降恒流型WLED 驅(qū)動(dòng)器比分?jǐn)?shù)電 荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器更具優(yōu)勢(shì)。

　　1.1.1 3 寸以上屏WLED 驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)

　　對(duì)于一些有較多附加功能的手機(jī)，比如可以靈活播放視頻的智能手機(jī)、可以收看電視的 CMMB 手機(jī)，一般會(huì)采用3 寸或者3 寸以上的LCD 屏，可能需要5～6 個(gè)WLED 來(lái)給LCD 屏提供背光。這種類型的手機(jī)除了一般的基帶套片外，還可能會(huì)有額外的應(yīng)用處理器 （AP）或者CMMB 模塊，這些模塊在工作時(shí)會(huì)消耗比較大的電流，考慮到鋰離子電池的 輸出阻抗，會(huì)造成鋰離子電池輸出電壓有較大的下降。為了防止電池電壓在RF PA 工作 時(shí)電壓突變太多可能造成的屏閃現(xiàn)象，需要給低壓降恒流型加一個(gè)“保險(xiǎn)”。這時(shí)，1X/2X 自適應(yīng)雙模電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器會(huì)是比較好的選擇。

　　圖9.1X/2X自適應(yīng)雙模電荷泵型AW9656 6WLED驅(qū)動(dòng)，一線調(diào)光

　　1X/2X 自適應(yīng)雙模電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器和傳統(tǒng)的分?jǐn)?shù)電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器相比，外圍 只需要一個(gè)飛電容，節(jié)省了外圍元件。同時(shí)，AW9656 采用了的Q-ModeTM 算法來(lái)控制 驅(qū)動(dòng)器的工作模式，盡可能使驅(qū)動(dòng)器工作在1X 模式下從而來(lái)保證在鋰離子電量范圍內(nèi) 的壽命。例如：對(duì)于VF 為3.1V 的WLED，AW9656 可以保證當(dāng)鋰離子電池電壓在3.4V 以上的時(shí)候，依然停留在1X 工作模式下，這樣盡可能的提升了電池使用壽命。16 級(jí)線 性一線調(diào)光方式，使得WLED 的工作電流恒定，也盡可能的避免了背光模塊工作時(shí)可能 對(duì)其他模塊造成的干擾。

　　總結(jié)

　　通過(guò)上述的對(duì)比分析，可以看出低壓降恒流型WLED 驅(qū)動(dòng)器在手機(jī)背光應(yīng)用上具有更大 的成本優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，要根據(jù)具體情況來(lái)選擇合適的WLED 驅(qū)動(dòng)器。相對(duì)電荷泵型WLED 驅(qū) 動(dòng)器，低壓降恒流源WLED 驅(qū)動(dòng)器以低成本、較高的性價(jià)比，近一兩年年來(lái)在普及型手 機(jī)產(chǎn)品中占據(jù)越來(lái)越多的市場(chǎng)份額。對(duì)于中小尺寸的LCD 屏，低壓降恒流型WLED 驅(qū)動(dòng) 器是比較合適的驅(qū)動(dòng)方式，對(duì)于3 寸以上的屏，要考慮重負(fù)載情況下電池輸出電壓的波 動(dòng)增大可能造成的“屏閃現(xiàn)象”，這種情況下，1X/2X 自適應(yīng)雙模電荷泵型WLED 驅(qū)動(dòng)器 會(huì)是比較合適的選擇。

　　隨著LED 產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，WLED 的正向壓降也在不斷的下降。加上普及型手機(jī)產(chǎn)品苛求 成本下降，選擇更具性價(jià)比的WLED 驅(qū)動(dòng)器是手機(jī)基帶工程師的一個(gè)重要任務(wù)。