探讨低电流应用及其对WLED正向电压的影响

　　白色发光二极管（WLED）的应用已获得迅速推广，主

　　要塬因在于可将其用于为便携式电子显示屏提供背

　　景照明。通常认为单个WLED的驱动电压为4V。由

　　于锂离子电池的平均电压是3.6V，业界普遍认为用

　　单体锂离子电池为WLED供电需要使用升压转换器。

　　因此众多用于驱动WLED的IC应运转而生，其中大

　　多数都需要外接电感器或者飞跨电容器 （Flying

　　capacitor）才能提高足够的电池电压。由于WLED技

　　术不断发展成熟，对正向电压的要求也在不断降

　　低。目前，市场上众多LED的典型正向电压（VF）介于

　　3.2V∼ 3.5V之间，极高额定电压范围为3.7V ∼ 4V。

　　产品说明书通常规定，上述电压情况下的LED电流

　　范围大约在15mA ∼ 25mA之间。本简报将探讨低

　　电流应用及其对WLED正向电压的影响。此外，本

　　文还将介绍德州仪器（TI）可有效驱动上述较低正向电

　　压LED的全新LED驱动器—TPS75105，该款解决方

　　案不仅尺寸更加紧凑小巧，而且具有更低的成本。

　　LED正向电压

　　

　　WLED与其他标准的p-n结二极管类似，只有当施加

　　足够的正向电压时才能传导电流。正向电流超过阀

　　值后，就会随着WLED的正向电压的上升而相应增

　　加。图1显示了WLED的典型I-V曲线。

　　该图非常简单。与典型的二极管I-V曲线一样，电

　　流在电压越过阀值后会随电压的上升相应地迅速

　　增加。如图1所示，将器件的典型正向电压指定为

 

　　• 使用触摸屏控制器的辅助输入

　　• 驱动WLED不一定需要4V电压

　　• 针对单电池手持式应用的主机侧燃料计量系统设计考虑事项

　　• 在反相降-升压拓扑中使用降压转换器

　　• 如欲下载该版本，敬请访问：www.ti.com/aaj

　　3.2V，此时随着工艺与温度的变化正向电流 为

　　20mA、极大电压为3.7V。这样的话，用输出电压范围为3V ∼ 4.2V的单节锂离子电池供电就要求采用升压DC/DC转换器才能正确驱动WLED，但这不是

　　必须的。例如，在电流为5mA的WLED应用中，如

　　图1中的曲线所示，驱动5mA所需的正向电压约为

　　2.9V，这远远低于参数表中规定的驱动20mA时所需

　　的典型电压。采用3.6V的锂离子电池驱动2.9V输出

　　就无需使用升压转换器了。

　　（mA）100

　　10

　　I

　　F

　　Current，

　　Forward1

　　0.12.0

　　3.0 4.0 5.0 6.0

　　Forward Voltage， VF （V）

　　图 1. 典型的WLED I-V曲线1

　　

　　The platform bar is a trademark of Texas Instruments. © 2008 TI

　　为了控制批量生产中不同批次间工艺与制造的差

　　异性，规定了WLED的标准值和极大值。参数表中

　　提供的I-V曲线通常是部件在典型规范下的情况。虽

　　然该曲线形状对制造的每种部件均有效，但该曲线

　　会右移或者左移，这要取决于器件测试条件下的正

　　向电压的情况。如果我们采用与上一个范例中部件

　　号相同的另一个LED，则正向电压在典型测试条件

　　下（20mA正向电流）的测量值为3.7V（极高额定值）。该

　　电压比典型器件高 0.5V，相当于在 5mA下驱动

　　WLED所需的极大正向电压为3.4V（2.9V+0.5V）。根

　　据该应用的截止电压，在5mA工作条件下无需采用

　　升压转换器来驱动这种WLED。本方案使得在确定

　　任何应用的极大正向电压时都非常方便。

　　小型LED驱动器解决方案

　　超小型TPS75105 LED驱动器IC是一款针对低电流

　　WLED应用的较低成本的简单驱动器。TPS75105

　　属于线性电流源，具有28mV的超低压降，可用于驱

　　动两个独立组中的4个并联WLED。该器件可在两个

　　单独启用组中提供4个2%匹配的电流路径。该解决

　　方案采用9球栅、1.5平方毫米芯片级封装（WCSP），

　　采用默认电流输出时无需外接组件，因而才能实现

　　1.5平方毫米的小尺寸。图2显示了TPS75105的应用

　　电路。

　　鉴于线性稳压器以低效率着称，因则初看采用低

　　压降线性电路来驱动LED似乎不可行，然而人们往

　　VBATT

　　

　　TPS75105

　　VIN D1A

　　VENAENAD2A

　　VENB ENB

　　D1B

　　D2B

　　ISET

　　GND

　　图 2. TPS75105 应用电路

　　100

　　95

　　90

　　（%）85

　　80

　　Efficiency

　　75 VLED = 3.4 V

　　70 VLED = 3.3 V

　　VLED = 3.2 V

　　65

　　VLED = 3.1 V

　　60 VLED = 3 V

　　55 VLED = 2.9 V

　　50 33.23.43.63.844.2

　　Input Voltage （V）

　　

　　图 3. TPS75105 LED效率

　　往并不真正了解LDO的效率。LDO的效率完全取决

　　于输入/输出电压的比率，因此驱动WLED有可能实

　　现非常高的效率。例如，用3.6V的锂离子电池输入

　　驱动3V WLED可实现83%的LED 效率。图3显示了

　　锂离子电池电压范围内数种不同WLED正向电压条

　　件下TPS75105的效率数据。采用TPS75105实现

　　LED的效率与其他WLED驱动器解决方案相比毫不逊

　　色，甚至更出色。

　　结论

　　评估LED驱动器应用时，应特别考虑应用要求的电

　　流量。如果要求的电流明显低于应用中WLED VF指

　　定的电流，则应参考WLED参数表中的I-V曲线，以

　　确定应用的实际VF。该应用可使用TPS75105等低压

　　降线性电流源来实现小尺寸与低成本的解决方案，

　　同时还不会有损于开关升压转换器的效率。

　　如欲参阅本文的完整版，敬请参见参考文文献2。

　　本文章拥有更丰富的WLED信息，不仅针对温度变

　　化进行了探讨，而且还以TPS7510x在锂离子电池放

　　电曲线上的LED效率为例进行了说明。

　　白色发光二极管（WLED）的应用已获得迅速推广，主

　　要塬因在于可将其用于为便携式电子显示屏提供背

　　景照明。通常认为单个WLED的驱动电压为4V。由

　　于锂离子电池的平均电压是3.6V，业界普遍认为用

　　单体锂离子电池为WLED供电需要使用升压转换器。

　　因此众多用于驱动WLED的IC应运转而生，其中大

　　多数都需要外接电感器或者飞跨电容器 （Flying

　　capacitor）才能提高足够的电池电压。由于WLED技

　　术不断发展成熟，对正向电压的要求也在不断降

　　低。目前，市场上众多LED的典型正向电压（VF）介于

　　3.2V∼ 3.5V之间，极高额定电压范围为3.7V ∼ 4V。

　　产品说明书通常规定，上述电压情况下的LED电流

　　范围大约在15mA ∼ 25mA之间。本简报将探讨低

　　电流应用及其对WLED正向电压的影响。此外，本

　　文还将介绍德州仪器（TI）可有效驱动上述较低正向电

　　压LED的全新LED驱动器—TPS75105，该款解决方

　　案不仅尺寸更加紧凑小巧，而且具有更低的成本。

　　LED正向电压

　　

　　WLED与其他标准的p-n结二极管类似，只有当施加

　　足够的正向电压时才能传导电流。正向电流超过阀

　　值后，就会随着WLED的正向电压的上升而相应增

　　加。图1显示了WLED的典型I-V曲线。

　　该图非常简单。与典型的二极管I-V曲线一样，电

　　流在电压越过阀值后会随电压的上升相应地迅速

　　增加。如图1所示，将器件的典型正向电压指定为

 

　　• 使用触摸屏控制器的辅助输入

　　• 驱动WLED不一定需要4V电压

　　• 针对单电池手持式应用的主机侧燃料计量系统设计考虑事项

　　• 在反相降-升压拓扑中使用降压转换器

　　• 如欲下载该版本，敬请访问：www.ti.com/aaj

　　3.2V，此时随着工艺与温度的变化正向电流 为

　　20mA、极大电压为3.7V。这样的话，用输出电压范围为3V ∼ 4.2V的单节锂离子电池供电就要求采用升压DC/DC转换器才能正确驱动WLED，但这不是

　　必须的。例如，在电流为5mA的WLED应用中，如

　　图1中的曲线所示，驱动5mA所需的正向电压约为

　　2.9V，这远远低于参数表中规定的驱动20mA时所需

　　的典型电压。采用3.6V的锂离子电池驱动2.9V输出

　　就无需使用升压转换器了。

　　（mA）100

　　10

　　I

　　F

　　Current，

　　Forward1

　　0.12.0

　　3.0 4.0 5.0 6.0

　　Forward Voltage， VF （V）

　　图 1. 典型的WLED I-V曲线1

　　

　　The platform bar is a trademark of Texas Instruments. © 2008 TI

　　为了控制批量生产中不同批次间工艺与制造的差

　　异性，规定了WLED的标准值和极大值。参数表中

　　提供的I-V曲线通常是部件在典型规范下的情况。虽

　　然该曲线形状对制造的每种部件均有效，但该曲线

　　会右移或者左移，这要取决于器件测试条件下的正

　　向电压的情况。如果我们采用与上一个范例中部件

　　号相同的另一个LED，则正向电压在典型测试条件

　　下（20mA正向电流）的测量值为3.7V（极高额定值）。该

　　电压比典型器件高 0.5V，相当于在 5mA下驱动

　　WLED所需的极大正向电压为3.4V（2.9V+0.5V）。根

　　据该应用的截止电压，在5mA工作条件下无需采用

　　升压转换器来驱动这种WLED。本方案使得在确定

　　任何应用的极大正向电压时都非常方便。

　　小型LED驱动器解决方案

　　超小型TPS75105 LED驱动器IC是一款针对低电流

　　WLED应用的较低成本的简单驱动器。TPS75105

　　属于线性电流源，具有28mV的超低压降，可用于驱

　　动两个独立组中的4个并联WLED。该器件可在两个

　　单独启用组中提供4个2%匹配的电流路径。该解决

　　方案采用9球栅、1.5平方毫米芯片级封装（WCSP），

　　采用默认电流输出时无需外接组件，因而才能实现

　　1.5平方毫米的小尺寸。图2显示了TPS75105的应用

　　电路。

　　鉴于线性稳压器以低效率着称，因则初看采用低

　　压降线性电路来驱动LED似乎不可行，然而人们往

　　VBATT

　　

　　TPS75105

　　VIN D1A

　　VENAENAD2A

　　VENB ENB

　　D1B

　　D2B

　　ISET

　　GND

　　图 2. TPS75105 应用电路

　　100

　　95

　　90

　　（%）85

　　80

　　Efficiency

　　75 VLED = 3.4 V

　　70 VLED = 3.3 V

　　VLED = 3.2 V

　　65

　　VLED = 3.1 V

　　60 VLED = 3 V

　　55 VLED = 2.9 V

　　50 33.23.43.63.844.2

　　Input Voltage （V）

　　

　　图 3. TPS75105 LED效率

　　往并不真正了解LDO的效率。LDO的效率完全取决

　　于输入/输出电压的比率，因此驱动WLED有可能实

　　现非常高的效率。例如，用3.6V的锂离子电池输入

　　驱动3V WLED可实现83%的LED 效率。图3显示了

　　锂离子电池电压范围内数种不同WLED正向电压条

　　件下TPS75105的效率数据。采用TPS75105实现

　　LED的效率与其他WLED驱动器解决方案相比毫不逊

　　色，甚至更出色。

　　结论

　　评估LED驱动器应用时，应特别考虑应用要求的电

　　流量。如果要求的电流明显低于应用中WLED VF指

　　定的电流，则应参考WLED参数表中的I-V曲线，以

　　确定应用的实际VF。该应用可使用TPS75105等低压

　　降线性电流源来实现小尺寸与低成本的解决方案，

　　同时还不会有损于开关升压转换器的效率。

　　如欲参阅本文的完整版，敬请参见参考文文献2。

　　本文章拥有更丰富的WLED信息，不仅针对温度变

　　化进行了探讨，而且还以TPS7510x在锂离子电池放

　　电曲线上的LED效率为例进行了说明。