前言

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

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

串聯(lián)電感升壓型WLED驅動器架構

圖1.串聯(lián)電感升壓型LED驅動器典型應用圖

如圖1所示，串聯(lián)電感升壓型WLED驅動器比較方便的通過一個電阻就設定了一串WLED的工作電流。但是它的最大問題在于：由于使用了電感來進行升壓（boost），電感是通過把電能轉換成磁能來儲存能量的，在工作過程中，不停的進行電磁轉換、這樣就可能產生電磁輻射和電磁干擾，從而影響手機中的射頻模塊工作。例如：手機的接受靈敏度指標可能在背光模塊工作時受到影響而下降，這樣在基站信號不強的區(qū)域，背光模塊的工作可能會導致通話質量的下降，導致用戶對手機品質的抱怨。

分數(shù)電荷泵型WLED驅動器架構2005年開始，手機中逐步流行分數(shù)電荷泵WLED驅動器，其基本架構如下：

圖2.分數(shù)電荷泵WLED驅動器典型應用圖

通常這種分數(shù)電荷泵型WLED驅動器都是多模式的，可以自動根據(jù)WLED的正向導通壓降（VF）和電源電壓，來自動決定驅動器所需要的工作模式，比如，當WLED的VF為3.3V時，電池電壓在3.8V以上，通過內部的模式判斷電路，驅動器可以停留在1X工作模式下，當電池電壓下降到不足以維持WLED的設定電流時，通過電荷泵達到升壓增強驅動能力的目的。

這種分數(shù)電荷泵型WLED驅動器的好處在于：消除了電感，減少了對手機射頻電路的干擾，用廉價的電容儲能來代替電感儲能，外圍元件的成本也進一步降低。這種芯片的封裝一般為QFN3mm×3mm16L的封裝。分數(shù)電荷泵型WLED驅動器的工作有一個特點：在理想情況下，輸出80mA的驅動電流時，當工作在1X模式下，電源消耗電流的為80mA（考慮到芯片內部其他電路的消耗，電流一般小于81mA）；當工作在1.5X模式下，電源消耗的電流突變?yōu)?20mA（考慮到芯片內部其他電路的消耗以及開關損耗，電流一般在123mA左右），當工作在2X模式下，電源消耗的電流突變?yōu)?60mA。

因此，從分數(shù)電荷泵型WLED驅動器的效率曲線上，通常會看到一個或者兩個突變點。因此，對于分數(shù)電荷泵型WLED驅動器，如何盡可能降低模式切換時所對應的電源電壓，延長驅動器在1X模式下的工作時間，才是提升整體效率的關鍵。例如：圖3所示的分數(shù)電荷泵型WLED驅動器，在電源電壓低于3.75V時就要退出1X工作模式，因此，它最終所表現(xiàn)出來的整體效率和一個電源電壓低到3.5V才退出1X模式的電荷泵型WLED驅動器整體效率會有很大的差別。

圖3.分數(shù)電荷泵型WLED驅動器效率折線圖

圖4.分數(shù)電荷泵型WLED驅動器電源電流和工作模式關系

低壓降恒流型WLED驅動器架構

隨之發(fā)光LED的工藝改進，WLED的正向導通壓降在下降。圖5為2006年一款Nichia公司NSSW100CTWLED的I-V曲線，從圖中可以看出提供20mA電流的WLEDVF僅為3.2V左右。目前，基本上手機中普遍用到的WLED的正向導通壓降一般在3.0～3.2V之間。

圖5.NichiaWLEDI-V曲線

隨著WLED的VF持續(xù)下降，驅動WLED是否還需要升壓？結合鋰離子電池的特性和實際應用的情況來分析這個問題。目前手機使用的電池都是鋰離子電池，鋰離子電池的特點為額定電壓3.6V，充滿電后為4.2V。

在手機工作時，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，一般來說，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合這種實際情況，一般手機的工作設置為當鋰離子電池放電到一定程度時，會通過軟件的設置為不能通話或者強行關機。深度放電對鋰離子電池的壽命會造成不可逆轉的損傷，因此關機電壓一般設置為3.5V左右。而這時，如果考慮到WLED的VF在3.0V~3.2V之間，實際上驅動WLED可以不再需要升壓。

圖7.低壓降恒流型AW93013LED驅動，一線調光AW9301就是這樣一款低壓降恒流型芯片，它采用了專利的Q-MirrorTM架構，僅需要40mV的恒流源壓降即可保證20mA的WLED電流。也就是說，當WLED的VF為3.1V時，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。

在驅動3個WLED或者2個WLED的時候，SOT23-6L封裝的AW9301是比較合適的選擇。在驅動4個WLED時，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是最經濟的封裝形式，DFN2mm×2mm-8L的封裝是占PCB面積最小的封裝形式。

圖8.低壓降恒流型AW93644WLED驅動，一線調光和分數(shù)電荷泵型WLED驅動器相比，低壓降恒流型有幾個改進：

1.適應了WLED的VF的下降的趨勢，不再需要電荷泵進行升壓，節(jié)省了外部元件，分數(shù)電荷泵型WLED驅動器一般需要使用4個外圍電容，而低壓降恒流型WLED驅動器僅需要一個外圍電容。

2.線性工作，無須開關升壓，同時一線脈沖的調光方式會讓背光驅動模塊工作電流更為恒定，減少對其他模塊的干擾。

3.芯片外圍引腳數(shù)目變少，因此可以采用更為經濟有效的封裝、或者采用更小的封裝，使得最終背光驅動解決方案更加經濟、占板面積更小。

總之，在外圍應用電路的復雜度以及成本控制上，低壓降恒流型WLED驅動器比分數(shù)電荷泵型WLED驅動器更具優(yōu)勢。

1.1.13寸以上屏WLED驅動器架構

對于一些有較多附加功能的手機，比如可以靈活播放視頻的智能手機、可以收看電視的CMMB手機，一般會采用3寸或者3寸以上的LCD屏，可能需要5～6個WLED來給LCD屏提供背光。這種類型的手機除了一般的基帶套片外，還可能會有額外的應用處理器（AP）或者CMMB模塊，這些模塊在工作時會消耗比較大的電流，考慮到鋰離子電池的輸出阻抗，會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RFPA工作時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“保險”。這時，1X/2X自適應雙模電荷泵型WLED驅動器會是比較好的選擇。

圖9.1X/2X自適應雙模電荷泵型AW96566WLED驅動，一線調光1X/2X自適應雙模電荷泵型WLED驅動器和傳統(tǒng)的分數(shù)電荷泵型WLED驅動器相比，外圍只需要一個飛電容，節(jié)省了外圍元件。同時，AW9656采用了專利的Q-ModeTM算法來控制驅動器的工作模式，盡可能使驅動器工作在1X模式下從而來保證在鋰離子電量范圍內的最大壽命。例如：對于VF為3.1V的WLED，AW9656可以保證當鋰離子電池電壓在3.4V以上的時候，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級線性一線調光方式，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可能對其他模塊造成的干擾。

總結

通過上述的對比分析，可以看出低壓降恒流型WLED驅動器在手機背光應用上具有更大的成本優(yōu)勢。當然，要根據(jù)具體情況來選擇合適的WLED驅動器。相對電荷泵型WLED驅動器，低壓降恒流源WLED驅動器以低成本、較高的性價比，近一兩年年來在普及型手機產品中占據(jù)越來越多的市場份額。對于中小尺寸的LCD屏，低壓降恒流型WLED驅動器是比較合適的驅動方式，對于3寸以上的屏，要考慮重負載情況下電池輸出電壓的波動增大可能造成的“屏閃現(xiàn)象”，這種情況下，1X/2X自適應雙模電荷泵型WLED驅動器會是比較合適的選擇。

隨著LED產業(yè)的不斷發(fā)展，WLED的正向壓降也在不斷的下降。加上普及型手機產品苛求成本下降，選擇更具性價比的WLED驅動器是手機基帶工程師的一個重要任務。