电池供电应用中的led驱动:有效控制亮度功率

来源:KIA半导体发布时间:2023-05-192573浏览

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作为MOS管FAE，建议您可以阅读以下几本经典的书籍，这些书籍涵盖了MOS管的基础知识、应用及实践等方面，可以帮助您更好地了解和掌握MOS管的相关知识。

1. 《MOSFET原理及应用》

这本书是由电子工业出版社出版的，是一本介绍MOSFET基本原理和应用的经典教材。书中涵盖了MOSFET的结构、工作原理、参数特性、应用电路设计等内容，对于MOS管的初学者来说是一本非常不错的入门书籍。

2. 《MOSFET应用手册》

这本书是由TI（德州仪器）出版的，是一本介绍MOSFET应用的实践指南。书中涵盖了MOSFET的选型、应用电路设计、性能测试等内容，还包含了大量的实际应用案例和电路设计实例，对于MOS管的工程应用和实践操作有很大帮助。

3. 《MOSFET设计手册》

这本书是由ON Semiconductor出版的，是一本介绍MOSFET设计的指南。书中涵盖了MOSFET的设计流程、设计指导原则、设计实例等内容，对于MOS管的设计和优化有很大的参考价值。

4. 《Power MOSFET应用手册》

这本书是由IR（国际整流器）公司出版的，是一本介绍功率MOSFET应用的实践指南。书中涵盖了功率MOSFET的选型、应用电路设计、性能测试等内容，还包含了大量的实际应用案例和电路设计实例，对于功率MOS管的应用和实践操作有很大帮助。

以上是我个人推荐的几本MOS管相关的书籍，希望对您有所帮助

LED（Light Emitting Diode）作为一种新型的照明光源，具有高效率、长寿命、低能耗等优点，被广泛应用于现代照明领域。而LED的亮度和功率控制则是应用中必不可少的一环。

在电池供电的应用中，LED驱动的亮度和功率控制尤为重要。如何有效地控制LED的亮度和功率，不仅可以延长LED的使用寿命，还可以降低能源消耗，提高电池的使用时间。

为了实现有效的LED亮度和功率控制，我们可以采用以下几种方法：

1. PWM调光控制

PWM（Pulse Width Modulation）调光控制是一种通过调节脉冲宽度来控制LED亮度的方法。通过改变脉冲宽度，可以控制电流的大小，从而控制LED的亮度。这种方法可以实现精确的亮度控制，并且不会对电池的使用寿命造成太大的影响。

2. 限流电路控制

限流电路控制是一种通过限制电流大小来控制LED的功率和亮度的方法。通过在电路中加入限流电阻、限流器等元件，可以限制电流大小，从而控制LED的功率和亮度。这种方法可以降低LED的功率消耗，延长LED的使用寿命。

3. 温度控制

LED的亮度和功率与其工作温度密切相关。在电池供电的应用中，由于电池供电电压和电流的不稳定性，LED的工作温度可能会过高，从而影响其亮度和功率。因此，采用温度控制的方法可以控制LED的工作温度，从而实现LED的稳定亮度和功率输出。

总之，通过以上几种方法的综合应用，可以有效地控制LED的亮度和功率，从而实现高效、稳定的LED驱动，延长LED的使用寿命，降低能源消耗，提高电池的使用时间。

描述

本应用笔记介绍led(包括WLEDs)的工作原理。该笔记还解释了如何在电池供电的LED应用中驱动它们，包括锂离子(Li+或Li-ion)、镍镉(NiCd)和镍金属氢化物(NiMH)可充电手持设备，这些设备的功耗非常重要。讨论了LED亮度匹配以及串联和并联LED的价值。还介绍了几种能够有效驱动和控制LED的LED驱动器的应用信息。

关于led

发光二极管(led)是固态、高度可靠、高效的真空钨丝灯泡。基于砷化镓磷化物(GaAsP)的外延材料产生红色、绿色或黄色输出(数字1).基于硝酸铟镓(InGaN)的材料产生蓝色或白色输出(数字2).不同的化学物质也会产生不同的电气特性。

图一。红色、绿色和黄色二极管的相对光谱响应(IF= 2mA，TA=+25°C)

图二。白光二极管的相对光谱响应(IF= 20mA，TA=+25°C)

在…里数字1和2，曲线Vλ代表人眼的标准反应。为了获得白光，蓝色发射器上覆盖了一层材料，当受到蓝光刺激时，它会发出黄光。眼睛将输出解释为白色，并产生数字2.

偏置二极管

led是电流驱动器件，其光输出直接取决于通过它们的正向电流。一个简单的偏置电路将电流(以及相应的光输出)保持在一个合理的恒定值，用一个与LED串联的限流电阻匹配目标电源(图3)。

图3。LED偏置，每个LED一个电阻

这种设计方法成本低，但由于每个LED之间VF值的分布，允许电流变化。数字4和5显示了典型正向电压特性与正向电流的关系，显示了+25°c时的变化，20mA时，GaAsP LED的VF最大值上升至+2.7V，InGaN LED的VF最大值上升至+4.5V。对于需要多个二极管的系统，如手机显示屏背光(8个led)，额外的电阻会占据相当大的印刷电路板面积。

图4。+25°C时典型GaAsP正向电压与正向电流的关系

图5。+25°C时典型InGaN正向电压与正向电流的关系

你可以减少V的影响F通过增加V值的变化来源。然而，这种方法浪费能量，并且与诸如单个锂离子电池的低压电池电源不兼容。锂离子端电压从完全充电时的+4.2V变化到放电时的+3V。因此，由具有简单电阻偏置的该电源供电的LED将在光输出中表现出显著的变化。因此，除了电阻偏置之外，更好的方法(用于改善压差和稳定光强随电源电压的变化)是采用电流偏置。

电流偏置

正如这项技术的名字所暗示的，发光二极管连接到一个电流源。假设电流源具有足够的动态范围，这种偏置方法消除了V的影响F变奏。因此，单个电流源取代了中所示的单个电阻数字5(数字6).因此，假设有足够的电源电压来偏置电流源和led，光输出与电源和正向电压无关。和以前一样，Q1提供了一个使能开关。

图6。使用电流源的LED偏置

MAX1916为LED电流偏置提供了一种简单的方法。在6引脚小型SOT23表贴封装中集成三个电流源(数字7)，MAX1916采用电流源方法数字6。SET电阻中的电流在三个OUT端镜像。利用电流“镜像”，如果n个相同MOS晶体管的栅极-源极电势相等，则它们的沟道电流也将相等。另一个优点是，如果镜像MOS器件(Q2、Q3和Q4)比镜像MOS器件(Q1)大m倍，则输出电流比镜像电流(I)大m倍设置).

最后，集成电路比分立电路能获得更精确的电流比。

图7。MAX1916 LED电流镜简图

MAX1916中输出之间的电流失配最大值为5%，镜像常数为230 A/A±10%。我在外由下式给出:

I在外= 230 I设置.

SET端子内部偏置到+1.215v±5%，产生SET电流:

I设置= (VSOURCE - 1.215V)/R设置.

任何LED电流与任何其他LED电流的偏差都不会超过5%。例如，如果一个LED电流为:

207 I设置(-10%)，则剩余的LED电流必须在207 I设置和218 I设置.

输出饱和电压是非线性的，不能用电阻建模。整个温度范围内的代表性最大值为20mA时+0.410V，10mA时+0.360V，5mA时+0.180V。

因此，在5mA下工作的低电流GaAsP二极管需要最低VF + 180mV的电压才能正常工作，LED工作电压可以维持在+2.9V，低压差值表明MAX1916可以在极低的漏源电压下保持调节。为了实现更低的压差和更高的输出电流，MAX1916输出可以并联，镜像常数为690。

设定电流端子的电压供应可以独立于主大电流供应。例如，对于工作在蜂窝无线电中的MAX1916，可以从RF电路的低噪声+2.8V电源获得VSET。当直接由单节锂电池供电时，MAX1916适合与GaAsP低正向压降led一起工作。由锂电池供电的InGaN WLEDs需要不同的方法，因为输入电压可能不足以偏置这些led。

WLEDs的无电感升压电源

WLED应用需要升压电源，因为WLED的正向电压(+3.5V至+4.5V，20mA)高于其他类型的LED。在过去，电荷泵升压电源与MAX1916配对来解决这个问题。然而，这些功能已经被合并到MAX1575/MAX1576控制器中，因此需要更少的空间和更低的成本。

MAX1574/MAX1575/MAX1576提供高输出电流、良好的电流匹配、高效率的自适应模式切换、过压保护和多达8个LED驱动引脚。利用串行脉冲编码方案，可通过DualMode使能引脚以设定电流的百分比进行可编程调光。

数字8显示了MAX1574电荷泵以高达180mA的总输出驱动3个led。1MHz开关速率允许在电荷泵中使用小型陶瓷电容。

数字9显示了MAX1576电荷泵驱动两组4个led，总输出高达480mA。闪光灯组允许每个LED高达100毫安；每组都有独立的设置电流、串行脉冲调光和双线对数调光控制。利用自适应模式切换，单个锂电池的放电曲线平均效率为83%(图10)。MAX1576非常适合使用LED闪光灯的数码相机应用。

MAX1575是以120mA总输出驱动两组led(4个主led和2个副led)的部分变型。

图8。具有一组LED电流源的集成电荷泵

图9。具有两组LED电流源的集成电荷泵

图10。典型锂电池电压下的MAX1576效率

基于电感的WLED控制器

MAX1848在8引脚SOT23封装中集成了升压转换器和电流检测功能，可在+2.6V至+5.5V的输入电源下驱动多达两串3个WLEDs(图11)。MAX1848采用电压反馈来调节流入led的电流。模拟控制设置整体LED亮度；驱动双模控制引脚的DAC或分压器设置LED电流。所示电路的电压控制范围为+250mV至+3.3V，每个串的LED电流范围小于2mA至20mA表示关断)。然而，对于并联串，串之间的亮度匹配可能是一个问题，因此以效率为代价增加了额外的串联电阻。一个好的折衷方案是每个LED增加20ω，或者3个LED总共增加60ω。

图11。MAX1848电感升压转换器的电流调节可驱动多达6个led

表1。器件选择与驱动的led系列数量部分LX引脚额定值(V)#系列发光二极管包裹MAX18481438-SOT23MAX1561/MAX15993068-TDFNMAX8595Z/MAX8596Z3788-TDFNMAX8595x/MAX8596x4098-TDFN

图12。MAX8595X电感升压转换器的电流调节可驱动多达9个led。

MAX1848的替代产品零件数量较少，如所示数字12使用MAX8595/MAX8596高压控制器。MAX8595X可以在25mA下驱动9个led。MAX8596X增加了温度降额，因此最大LED电流在环境温度高于+42°C时下降。MAX8596Z最多可驱动8个led。

双模控制引脚允许使用comp引脚上的电容作为滤波器进行逻辑电平PWM调光。可以使用从200赫兹到200千赫兹的频率。从0到100%的占空比产生从0到全值的输出电流。也可以使用来自DAC的简单模拟电压电平。这种情况下，输出电流检测电压等于控制电压的1/5，最高可达箝位电压。箝位电压将LED电流限制在最大值，即使控制电压增加到极限以上。

内部振荡器工作在1MHz，允许使用小元件。效率可达86%。MAX8596提供最小的封装和最少的驱动led数量。

MAX8790A是一款高效的电流模式升压驱动器，适用于WLED应用的多个并联串。MAX8790A可以驱动六串并联的多个串联led。它提供两种调光控制:模拟调光可提高转换器效率，数字调光可减少色彩失真。

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