LED如何改善移動(dòng)電話(huà)與PDA中的燈光效果和性能

　　由于具備高照明效率、長(zhǎng)效性與小體積，LED已成為便攜式設(shè)備。

　　如移動(dòng)電話(huà)與PDA等的必然選擇，約0.1W的低功耗白光LED目前正廣泛應(yīng)用在LCD顯示面板的背光與鍵盤(pán)照明上，當(dāng)然也可通過(guò)連接多顆LED帶來(lái)較高的亮度作為臨時(shí)照明或閃光燈等應(yīng)用，而可達(dá)1W的高功率LED則應(yīng)用在配備兩百萬(wàn)像素，甚至更高分辨率的拍照手機(jī)中來(lái)支持黑暗環(huán)境中的拍照功能。除白光LED外，RGB(紅、綠、藍(lán))光LED也經(jīng)常被用來(lái)強(qiáng)化移動(dòng)電話(huà)的質(zhì)感，通過(guò)三種色彩精確適當(dāng)?shù)鼗旌停琑GB LED可創(chuàng)造出豐富多樣的色彩。

　　在指示應(yīng)用上，當(dāng)有來(lái)電或信息時(shí)可以讓彩色LED閃爍，或利用色彩來(lái)顯示發(fā)話(huà)者的身份，例如自行定義的群組，如朋友、家人或業(yè)務(wù)往來(lái)的來(lái)電，這項(xiàng)功能不僅為移動(dòng)電話(huà)帶來(lái)個(gè)性化，同時(shí)在非常吵雜的環(huán)境中也相當(dāng)有用。為進(jìn)一步強(qiáng)化使用者的影音感受，RGB LED也同時(shí)用來(lái)產(chǎn)生許多吸引人的發(fā)光效果，其中一個(gè)例子是將RGB的發(fā)光動(dòng)作與響鈴的旋律或MP3音樂(lè)加以同步，另外一個(gè)RGB發(fā)光的有趣應(yīng)用則是日本松下公司的Feel Talk功能，由于RGB LED被安排在移動(dòng)電話(huà)的機(jī)殼下方，因此可以依使用者的心情顯示不同的色彩。

　　LED效能的改善和電氣特性

　　在大量資金投注LED開(kāi)發(fā)后，白光LED的照明效率比起剛發(fā)明時(shí)有了大幅度的改善，目前市場(chǎng)上最佳的白光LED照明效率可以達(dá)到100lm/W，相當(dāng)接近日光燈管，而一些領(lǐng)先公司也嘗試在藍(lán)光LED上使用不同的涂敷物質(zhì)，并推出更佳發(fā)光效率的設(shè)計(jì)方案，因此提供面板背光所需的LED數(shù)目將持續(xù)下滑，目前移動(dòng)電話(huà)上標(biāo)準(zhǔn)LCD面板所需的背光LED大約為2~4顆，而PDA或智能型手機(jī)上LCD面板的背光則需要6~10顆。在進(jìn)一步討論LED背光與閃光燈的驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)與新功能前，先回顧一下移動(dòng)電話(huà)與PDA中廣泛使用的LED以及電池的電氣特性。

　　依不同制造商所采用技術(shù)的差異，LED的正向電壓(Vf)大約在2.7~4V之間，通常高功率LED擁有高達(dá)4.9V的較高正向電壓，因此LED驅(qū)動(dòng)電路就必須提供足夠的正電壓以便讓LED以正向偏壓的方式發(fā)光。當(dāng)采用多顆LED來(lái)提供背光時(shí)，在驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮正向電壓間的差距，為了得到相同的照明強(qiáng)度，也就是讓不同的LED發(fā)出相同的色彩，設(shè)計(jì)工程師必須確保流經(jīng)每顆LED的正向電流能夠相同，低功率LED通常采用20mA的正向電流，最大約為25mA，目前市場(chǎng)上的高功率LED則能以高達(dá)1.5A的脈沖電流來(lái)驅(qū)動(dòng)。

　　電池的電氣特性

　　目前移動(dòng)電話(huà)與PDA中最常見(jiàn)的電池為鋰離子或者鋰高分子可充電電池，采用鋰材料的可充電電池額定電壓范圍是3.6V~3.7V，工作電壓則為4.2V~3.2V，為確保能夠安全工作，這類(lèi)型的鋰電池只能夠在1C的范圍內(nèi)充電或放電，這里C由電池的額定容量所決定，例如1,000mAh的電池最高放電電流為1A，移動(dòng)電話(huà)通常使用的電池容量大約在650~1,000mAh之間。為改善電池的效能，采用不同陰極材料的新型鋰離子電池已開(kāi)始開(kāi)發(fā)。在使用這類(lèi)電池組時(shí)，設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該遵守電氣規(guī)格限制并據(jù)此調(diào)整驅(qū)動(dòng)電路。

　　在使用最高正向電壓為3.4V～4V的LED時(shí)，由電池提供的輸入電壓必須等于或高于所需的驅(qū)動(dòng)電壓，因此需要一個(gè)具有穩(wěn)定電流功能的升壓式轉(zhuǎn)換器來(lái)推動(dòng)以串聯(lián)或并聯(lián)方式連接的LED。

　　電荷泵轉(zhuǎn)換器目前廣泛使用在LCD的背光驅(qū)動(dòng)上，與采用電感式的升壓式轉(zhuǎn)換解決方案比較，電荷泵驅(qū)動(dòng)電路由于具備較低的成本、較薄的厚度以及較低的噪聲特性而成為較佳的選擇，新推出的集成電路設(shè)計(jì)已經(jīng)逐漸改善電荷泵驅(qū)動(dòng)電路的效率，目前最高效率可超過(guò)93%，而平均效率則約為80%。電荷泵驅(qū)動(dòng)電路通常采1x與2x模式運(yùn)作，部分設(shè)備中則加入了1.33x與1.5x模式來(lái)改善效率，在這類(lèi)解決方案中，LED采用并聯(lián)方式連接，同時(shí)每個(gè)LED的電流由各自獨(dú)立的匹配電流源提供，最佳的驅(qū)動(dòng)芯片在相同電路中任兩個(gè)LED電流間的匹配誤差約為0.2%。

　　在便攜式設(shè)備中，當(dāng)按鍵盤(pán)或觸摸屏?xí)r所用的LED電流最高，而在幾秒鐘沒(méi)有動(dòng)作后，為降低功耗LED電流將降低，控制LED電流的一個(gè)常見(jiàn)方式是采用PWM脈沖來(lái)驅(qū)動(dòng)芯片的使能端，通過(guò)啟動(dòng)與關(guān)閉芯片，其輸出電流為PWM信號(hào)占空比的平均值。對(duì)于新LED驅(qū)動(dòng)芯片，由于采用單根(S-Wire)或兩根線的I2C接口，故只需用一或兩個(gè)I/O口，因而設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。

　　漸進(jìn)式亮度變化與情境式照明

　　漸進(jìn)式亮度變化主要應(yīng)用在便攜式設(shè)備啟動(dòng)或關(guān)機(jī)時(shí)以創(chuàng)造劇場(chǎng)式的照明效果，在啟動(dòng)時(shí)，背光電流會(huì)以預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔以步進(jìn)方式逐步放大到20mA，同樣在關(guān)機(jī)時(shí)采用相反的動(dòng)作逐步降低，通過(guò)微處理器的幫助，可將具備不同頻率的PWM信號(hào)送到LED驅(qū)動(dòng)電路的使能端來(lái)實(shí)現(xiàn)這樣的效果，以特定時(shí)間間隔將LED電流用多重步進(jìn)的方式加大或降低，但這個(gè)方法的缺點(diǎn)是耗費(fèi)實(shí)時(shí)處理器資源，在NCP5602與NCP5612這類(lèi)的LED驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)品上就具有此功能，參考圖1。

　　圖1：典型的兩顆LED式電荷泵驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用。(a) 采用I2C控制接口的LED驅(qū)動(dòng)電路;(b) 采用單線式S-Wire控制接口的LED驅(qū)動(dòng)電路。