普及型手机LCD背光趋向使用LDO

　　摘要：本文从技术和市场的角度对普及型手机LCD背光LED驱动器的技术演变进行分析，指出LDO的性价比将为其在普及型手机LCD背光的应用中赢得新机遇。

　　关键词：LED驱动器;DC/DC升压;电荷泵;LDO

　　全球手机年产量由2006年的8亿部增长到2007年的11亿部，增幅达40%，2008年预计将生产15亿部。2007年中国手机出货量增长21.9%，达5.58亿部 ，占据全球市场的一半左右 。按80%手机采用彩屏计算，2007年手机产品应用的LED驱动IC达6亿个。目前手机彩屏背光应用占LED驱动IC总出货比重的60%。预估未来几年，LED驱动IC在消费电子产品市场将继续成倍增长，手机彩色LCD屏背光、手机键盘背光、手机相机闪光灯的LED驱动器继续是一个巨大的、不断膨胀的市场。

　　手机LCD背光驱动IC演变

　　手机彩色LCD屏的背光源是LED，因此要选用适合的LED驱动IC。LED工作的主要参数是正向电压VF、正向电流IF，其它相关的是颜色、波长、发光亮度、发光角度、效率、功耗。VF为LED发光建立一个正常的工作状态。IF促使LED发光，发光亮度与流过的电流成正。白光LED VF标称电压：3.4V±0.2V。工作电流按应用需要选用，范围可从5mA到1000mA。

　　手机彩色LCD屏的背光一般是使用2~8个LED，它们的驱动以并联或单个恒流供电的方式居多。手机彩色LCD屏常用LED驱动器有DC/DC升压转换器(Boost)、电荷泵(Charge Pump)、恒流源(Constant)和低压差稳压器(LDO)。如图1所示。

图1  手机彩色LCD屏使用的LED驱动器

　　四种不同的LED驱动器

　　DC/DC开关稳压器使用电感器来储存电能，而电感器容易发射开关频率，易对射频部分产生干扰，因此在手机产品中用得较少。

　　电荷泵也是一种开关稳压器，但它用电容器储能，因而不会发射开关频率，在手机产品中占了较大的份额。

　　LED发光要求IF恒流，恒流源驱动IC就是针对这个市场而特别设计、生产的。它的价格是电荷泵的50%，因而近年来在普及型手机产品中也占有一定的份额。

　　普及型手机产品苛求成本下降，在手机背光驱动单元尚可降低成本的地方，就是LED驱动器。大多数手机的关机电压设计在电池电压降至3.3V时，因此恒流源就设计成在4.2V~3.3V时恒流输出20mA~30mA，3.3V以下输出电流急降。恒流源输入电压与负载电流关系如图2所示。电荷泵的优点是其在低电压时的转换效率，但大多数电荷泵在4.2V~3.3V时其转换效率并不高，当电池电压降到3.0V~2.5V时它的转换效率能达85%~90%，因此在目前大多数的手机方案中并不能发挥其优势。典型的电荷泵的输入电压与效率关系如图3所示。

图2 恒流源输入电压与负载电流关系     

                                图3 电荷泵的输入电压与效率关系

　　LDO是性能很好的低压差稳压器，输出电压稳定，当负载不变时，它流过负载的电流也恒定，基于此原理，LDO也是一个很好的LED驱动器。LDO工作在稳压—稳流模式下，使用匀流电阻以获得近似匹配的白光LED亮度，只要根据LED正向电压的变化即可自动调节偏置电压，可改善大批量生产时对LED匹配度的要求。选用SOT23封装的LDO可提高系统的性价比。LDO可提供较高的电源共模抑制比(PSRR)。LDO的额定输出电流较大，而作LCD背光驱动时仅使用它输出能力的1/5~1/3，冗余较多，其时压差也小，芯片不易发热，无需过多考虑散热问题。因而用300mA~500mA的LDO来做普及型手机LCD背光驱动器是一种低成本设计的选择(见图4)。

图4 用LDO作手机LCD的背光驱动器

　　手机关注成本LDO赢得新的机会

　　就目前手机用LED驱动IC市场价格而言，一个DC/DC升压转换器的售价是0.12~0.15美元，一个电荷泵的售价是0.18~0.25美元，一个恒流源的售价是0.09~0.12美元，一个LDO只要几美分。因此不少普及型手机都已选用LDO驱动IC。

　　普及型手机的背光驱动技术趋向简单而力求低成本，这是因为背光驱动的成本对生产厂家日显重要，节省下来的是厂家纯利润。大多数手机设计自动关机的电池电压为3.28V~3.0V，锂电池电压降至3.28V以下已无实际使用价值。事实上，最终用户并不计较细微的背光驱动IC功耗差别，也不太计较电池使用时间的长短，同时对LCD亮度的细微变化并不敏感，亮度调节的实用意义不大。

　　表1是手机背光驱动芯片的比较，对手机彩色LCD屏常用的LED驱动器，如DC/DC开关转换器、电荷泵、恒流源和LDO进行了技术性能与使用成本的综合评估。

　　从电荷泵、恒流源、LDO的性能比较来看，它们作背光使用实际效果相差不大;虽然使用效率在理论上有差距，但在锂电池电压为4.2V~3.0V时实际使用效率相近。LDO使用时自身功耗较低。从它们的价格比较来看，LDO的使用成本低。

　　LDO的性价比为在普及型手机LCD背光应用中赢得新的机遇。 普及型手机LCD背光使用LDO做LED的驱动器将是一个新的趋向。■