待机调光模式的电荷泵背光LED驱动

关键词： LED , 背光 , 待机 , 电荷泵 , 调光模式

小尺寸的LCD显示模块早已成为手持式数码产品的重要组成部分，随着消费者对视觉方面要求的提高，LCD显示模块的设计变得越来越重要。如何在1.8寸至2.8寸的LCD屏上显示更多的信息并提高显示质量达到更好的视觉效果，成为众多手持式数码产品设计者的重点之一。除了提高LCD屏的分辨率、减小延迟时间以及在软件上提升之外，LCD屏的背光设计也扮演着重要角色。

传统设计中，小尺寸彩色LCD屏一般采用白色LED作为背光源。1.8寸至2.8寸的LCD屏多采用1至4颗白色LED。为达到好的显示效果，要求白色LED亮度一致，明暗可调;为保护手持式设备，要求在某些LED断路时有保护功能，且不能影响正常的LED工作;为延长手持式设备的待机时间，要求LED驱动IC的静态电流很小，工作效率很高。另外，手持式设备集成了很多功能模块，必须减小各模块之间的干扰从而保持整个系统的稳定性，这对白色LED驱动IC也不例外。

BCD推出的AP3605是一款性能优良的LED驱动IC，非常适合于单节锂电池供电，适用于多数小尺寸LCD背光设计，性价比很高。下面分别介绍AP3605的性能、应用方案及特点。

一、AP3605简介

AP3605是电荷泵升压模式带恒流源的白光LED驱动芯片，仅通过两个1uF的陶瓷电容，AP3605实现了1.5倍升压，在单节锂电工作范围内完全能驱动4颗白色LED，比之2倍升压模式的IC大大提高了效率。

AP3605具有4路恒流源，保证了并联的4颗LED电流相等，亮度一致;通过一个外接电阻来设置恒流源的电流。AP3605支持PWM调光，调光频率可以高达50KHz。高达1MHz的工作频率使得AP3605仅需要1uF的输入输出及升压电容，并大大减小了输出电压纹波。

AP3605的供电电压为2.7V至5.5V，专为单节锂电供电设计，其内置的软启动功能大大降低了启动时的浪涌电流，可保护锂电池，延长电池寿命。

AP3605采用QFN-3*3-16封装，图1为其内部功能框图。

二、AP3605背光典型应用电路

图2即是由AP3605设计的典型白光LED驱动电路，由单节锂电池供电，除AP3605外，仅由低成本的5个外围器件组成。

1、输入、输出和升压电容：

推荐Cin、Cout、C1和C2使用X7R或X5R的陶瓷电容。由于AP3605的工作频率高达1MHz，1uF的电容就足以保证AP3605输出80mA电流来驱动4个LED。如果所需输出电流更小，可以使用0.68uF或0.47uF的升压电容(C1和C2)。

为减小输出纹波，建议在设计PCB板时，应优先保证Cout紧靠AP3605对应的管脚，其次是保证C1、C2和Cin紧靠对应的管脚。

2、电阻RISET

RISET用来设定LED的电流，通过公式ILED=36.9/RISET可设定每路LED的电流。为了精确设定电流，建议使用1%或更高精度的电阻。

3、白光LED

AP3605最多可驱动4颗白光LED，采用共阴极连接方式，客户可根据屏幕大小选择1至4个LED作为背光。当某几路LED不需要时，只需要将其对应的管脚悬空即可。

三、AP3605作为白光LED驱动IC的重要性能

1、电流匹配

电流匹配是并联式LED驱动IC的重要性能。LED属于电流驱动型器件，LED的亮度同其正向电流成正比，而同样电流下其正向压降差异较大，因此为了保证亮度均匀，最好采用恒流驱动。

如图1所示，AP3605内部带有四路恒流源，用以驱动四路LED，当LED的正向压降在3V至4V之间变化时，AP3605能保证不超过±3%的电流偏差，其电流匹配特性不受LED正向压降的影响，适用于多种型号的白光LED，很好的实现了LED亮度的一致。

2、高达50KHz的PWM调光频率

PWM调光是应用最为广泛的调光方式，通过调节LED亮灭的时间比例来调节亮度，由于调光频率一般都在200Hz或以上，因此人眼感觉不到LED的亮灭，只能感觉到亮度在发生变化。在手持式数码产品中经常采用的PWM调光频率为1KHz至10KHz。

采用PWM调光，不容易造成偏色，有着较好的显示效果。但常用的调光频率正好处在人耳能听到的音频范围，容易产生噪音。另外，低频率的PWM调光信号有时会导致CSTN屏的“水波纹”现象，因此最好能提高PWM的调光频率。

AP3605通过内部的Standby模块实现了高达50KHz的调光频率。而且不会引起浪涌电流。如图3所示，当EN脚变低时，电荷泵的输出Vout延迟约1.7ms再关断，但恒流源会跟随EN信号马上关断，LED电流变为0;而当EN信号为高时，恒流源会跟随EN信号马上打开，由于Vout仍正常工作，LED电流立即变为20mA。因此当PWM的调光频率高于1KHz时，AP3605能通过EN信号直接快速的调节LED电流，从而实现高频率PWM调光。


AP3605的待机调光模式有如下三个优点：

1)高达50KHz的PWM调光频率，避免了音频噪音。

2)仅开关恒流源，LED电流平稳。

3)LED电流能快速跟随PWM信号，LED电流大小同PWM占空比成正比，便于亮度的线性调节。

3、电源干扰减小

如图1所示，AP3605内部电荷泵和Vin之间有一个LDO模块，该模块调节电荷泵的输入电压，使得电荷泵始终工作在1.5倍模式，减小了输出电压纹波和LED的电流纹波。

另外，LDO模块还起到低通滤波的作用，有效的避免了电荷泵和输入电源之间的相互干扰。多数手持式设备的背光驱动电路是由锂电池直接供电的，而电池同时也为射频直接供电，在设计不好的系统中，背光驱动电路的开关噪声会通过电源间接影响射频部分。AP3605内置的LDO模块能有效的隔离开关噪声，最大程度的避免背光驱动电路对射频部分的影响。

4、过温度保护

AP3605内置过温保护模块。如果某些误操作引起AP3605内部节温升高到约160摄氏度时，AP3605会过温关断，以保护AP3605免受烧坏。在过温关断状态，AP3605仅消耗不到1uA的电流。当操作正常使得AP3605内部节温下降到140摄氏度左右时，AP3605会自动重新启动，进入正常工作模式。

四、总结

为方便客户使用，BCD提供全面地技术支持，包括AP3605的数据手册、应用文档、演示板、样品以及针对具体客户应用的支持。作为白光LED驱动芯片，AP3605能完全满足1.8至2.8寸LCD屏的背光需要，并以其较高的性价比赢得了很多客户。