探討低電流應用及其對WLED正向電壓的影響

　　白色發光二極管（WLED）的應用已獲得迅速推廣，主

　　要塬因在于可將其用于為便攜式電子顯示屏提供背

　　景照明。通常認為單個WLED的驅動電壓為4V。由

　　于鋰離子電池的平均電壓是3.6V，業界普遍認為用

　　單體鋰離子電池為WLED供電需要使用升壓轉換器。

　　因此眾多用于驅動WLED的IC應運轉而生，其中大

　　多數都需要外接電感器或者飛跨電容器 （Flying

　　capacitor）才能提高足夠的電池電壓。由于WLED技

　　術不斷發展成熟，對正向電壓的要求也在不斷降

　　低。目前，市場上眾多LED的典型正向電壓（VF）介于

　　3.2V～ 3.5V之間，極高額定電壓范圍為3.7V ～ 4V。

　　產品說明書通常規定，上述電壓情況下的LED電流

　　范圍大約在15mA ～ 25mA之間。本簡報將探討低

　　電流應用及其對WLED正向電壓的影響。此外，本

　　文還將介紹德州儀器（TI）可有效驅動上述較低正向電

　　壓LED的全新LED驅動器—TPS75105，該款解決方

　　案不僅尺寸更加緊湊小巧，而且具有更低的成本。

　　LED正向電壓

　　

　　WLED與其他標準的p-n結二極管類似，只有當施加

　　足夠的正向電壓時才能傳導電流。正向電流超過閥

　　值后，就會隨著WLED的正向電壓的上升而相應增

　　加。圖1顯示了WLED的典型I-V曲線。

　　該圖非常簡單。與典型的二極管I-V曲線一樣，電

　　流在電壓越過閥值后會隨電壓的上升相應地迅速

　　增加。如圖1所示，將器件的典型正向電壓指定為

?

　　? 使用觸摸屏控制器的輔助輸入

　　? 驅動WLED不一定需要4V電壓

　　? 針對單電池手持式應用的主機側燃料計量系統設計考慮事項

　　? 在反相降-升壓拓撲中使用降壓轉換器

　　? 如欲下載該版本，敬請訪問：www.ti.com/aaj

　　3.2V，此時隨著工藝與溫度的變化正向電流 為

　　20mA、極大電壓為3.7V。這樣的話，用輸出電壓范圍為3V ～ 4.2V的單節鋰離子電池供電就要求采用升壓DC/DC轉換器才能正確驅動WLED，但這不是

　　必須的。例如，在電流為5mA的WLED應用中，如

　　圖1中的曲線所示，驅動5mA所需的正向電壓約為

　　2.9V，這遠遠低于參數表中規定的驅動20mA時所需

　　的典型電壓。采用3.6V的鋰離子電池驅動2.9V輸出

　　就無需使用升壓轉換器了。

　?。╩A）100

　　10

　　I

　　F

　　Current，

　　Forward1

　　0.12.0

　　3.0 4.0 5.0 6.0

　　Forward Voltage， VF （V）

　　圖 1. 典型的WLED I-V曲線1

　　

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

　　為了控制批量生產中不同批次間工藝與制造的差

　　異性，規定了WLED的標準值和極大值。參數表中

　　提供的I-V曲線通常是部件在典型規范下的情況。雖

　　然該曲線形狀對制造的每種部件均有效，但該曲線

　　會右移或者左移，這要取決于器件測試條件下的正

　　向電壓的情況。如果我們采用與上一個范例中部件

　　號相同的另一個LED，則正向電壓在典型測試條件

　　下（20mA正向電流）的測量值為3.7V（極高額定值）。該

　　電壓比典型器件高 0.5V，相當于在 5mA下驅動

　　WLED所需的極大正向電壓為3.4V（2.9V+0.5V）。根

　　據該應用的截止電壓，在5mA工作條件下無需采用

　　升壓轉換器來驅動這種WLED。本方案使得在確定

　　任何應用的極大正向電壓時都非常方便。

　　小型LED驅動器解決方案

　　超小型TPS75105 LED驅動器IC是一款針對低電流

　　WLED應用的較低成本的簡單驅動器。TPS75105

　　屬于線性電流源，具有28mV的超低壓降，可用于驅

　　動兩個獨立組中的4個并聯WLED。該器件可在兩個

　　單獨啟用組中提供4個2%匹配的電流路徑。該解決

　　方案采用9球柵、1.5平方毫米芯片級封裝（WCSP），

　　采用默認電流輸出時無需外接組件，因而才能實現

　　1.5平方毫米的小尺寸。圖2顯示了TPS75105的應用

　　電路。

　　鑒于線性穩壓器以低效率著稱，因則初看采用低

　　壓降線性電路來驅動LED似乎不可行，然而人們往

　　VBATT

　　

　　TPS75105

　　VIN D1A

　　VENAENAD2A

　　VENB ENB

　　D1B

　　D2B

　　ISET

　　GND

　　圖 2. TPS75105 應用電路

　　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）

　　

　　圖 3. TPS75105 LED效率

　　往并不真正了解LDO的效率。LDO的效率完全取決

　　于輸入/輸出電壓的比率，因此驅動WLED有可能實

　　現非常高的效率。例如，用3.6V的鋰離子電池輸入

　　驅動3V WLED可實現83%的LED 效率。圖3顯示了

　　鋰離子電池電壓范圍內數種不同WLED正向電壓條

　　件下TPS75105的效率數據。采用TPS75105實現

　　LED的效率與其他WLED驅動器解決方案相比毫不遜

　　色，甚至更出色。

　　結論

　　評估LED驅動器應用時，應特別考慮應用要求的電

　　流量。如果要求的電流明顯低于應用中WLED VF指

　　定的電流，則應參考WLED參數表中的I-V曲線，以

　　確定應用的實際VF。該應用可使用TPS75105等低壓

　　降線性電流源來實現小尺寸與低成本的解決方案，

　　同時還不會有損于開關升壓轉換器的效率。

　　如欲參閱本文的完整版，敬請參見參考文文獻2。

　　本文章擁有更豐富的WLED信息，不僅針對溫度變

　　化進行了探討，而且還以TPS7510x在鋰離子電池放

　　電曲線上的LED效率為例進行了說明。

　　白色發光二極管（WLED）的應用已獲得迅速推廣，主

　　要塬因在于可將其用于為便攜式電子顯示屏提供背

　　景照明。通常認為單個WLED的驅動電壓為4V。由

　　于鋰離子電池的平均電壓是3.6V，業界普遍認為用

　　單體鋰離子電池為WLED供電需要使用升壓轉換器。

　　因此眾多用于驅動WLED的IC應運轉而生，其中大

　　多數都需要外接電感器或者飛跨電容器 （Flying

　　capacitor）才能提高足夠的電池電壓。由于WLED技

　　術不斷發展成熟，對正向電壓的要求也在不斷降

　　低。目前，市場上眾多LED的典型正向電壓（VF）介于

　　3.2V～ 3.5V之間，極高額定電壓范圍為3.7V ～ 4V。

　　產品說明書通常規定，上述電壓情況下的LED電流

　　范圍大約在15mA ～ 25mA之間。本簡報將探討低

　　電流應用及其對WLED正向電壓的影響。此外，本

　　文還將介紹德州儀器（TI）可有效驅動上述較低正向電

　　壓LED的全新LED驅動器—TPS75105，該款解決方

　　案不僅尺寸更加緊湊小巧，而且具有更低的成本。

　　LED正向電壓

　　

　　WLED與其他標準的p-n結二極管類似，只有當施加

　　足夠的正向電壓時才能傳導電流。正向電流超過閥

　　值后，就會隨著WLED的正向電壓的上升而相應增

　　加。圖1顯示了WLED的典型I-V曲線。

　　該圖非常簡單。與典型的二極管I-V曲線一樣，電

　　流在電壓越過閥值后會隨電壓的上升相應地迅速

　　增加。如圖1所示，將器件的典型正向電壓指定為

?

　　? 使用觸摸屏控制器的輔助輸入

　　? 驅動WLED不一定需要4V電壓

　　? 針對單電池手持式應用的主機側燃料計量系統設計考慮事項

　　? 在反相降-升壓拓撲中使用降壓轉換器

　　? 如欲下載該版本，敬請訪問：www.ti.com/aaj

　　3.2V，此時隨著工藝與溫度的變化正向電流 為

　　20mA、極大電壓為3.7V。這樣的話，用輸出電壓范圍為3V ～ 4.2V的單節鋰離子電池供電就要求采用升壓DC/DC轉換器才能正確驅動WLED，但這不是

　　必須的。例如，在電流為5mA的WLED應用中，如

　　圖1中的曲線所示，驅動5mA所需的正向電壓約為

　　2.9V，這遠遠低于參數表中規定的驅動20mA時所需

　　的典型電壓。采用3.6V的鋰離子電池驅動2.9V輸出

　　就無需使用升壓轉換器了。

　?。╩A）100

　　10

　　I

　　F

　　Current，

　　Forward1

　　0.12.0

　　3.0 4.0 5.0 6.0

　　Forward Voltage， VF （V）

　　圖 1. 典型的WLED I-V曲線1

　　

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

　　為了控制批量生產中不同批次間工藝與制造的差

　　異性，規定了WLED的標準值和極大值。參數表中

　　提供的I-V曲線通常是部件在典型規范下的情況。雖

　　然該曲線形狀對制造的每種部件均有效，但該曲線

　　會右移或者左移，這要取決于器件測試條件下的正

　　向電壓的情況。如果我們采用與上一個范例中部件

　　號相同的另一個LED，則正向電壓在典型測試條件

　　下（20mA正向電流）的測量值為3.7V（極高額定值）。該

　　電壓比典型器件高 0.5V，相當于在 5mA下驅動

　　WLED所需的極大正向電壓為3.4V（2.9V+0.5V）。根

　　據該應用的截止電壓，在5mA工作條件下無需采用

　　升壓轉換器來驅動這種WLED。本方案使得在確定

　　任何應用的極大正向電壓時都非常方便。

　　小型LED驅動器解決方案

　　超小型TPS75105 LED驅動器IC是一款針對低電流

　　WLED應用的較低成本的簡單驅動器。TPS75105

　　屬于線性電流源，具有28mV的超低壓降，可用于驅

　　動兩個獨立組中的4個并聯WLED。該器件可在兩個

　　單獨啟用組中提供4個2%匹配的電流路徑。該解決

　　方案采用9球柵、1.5平方毫米芯片級封裝（WCSP），

　　采用默認電流輸出時無需外接組件，因而才能實現

　　1.5平方毫米的小尺寸。圖2顯示了TPS75105的應用

　　電路。

　　鑒于線性穩壓器以低效率著稱，因則初看采用低

　　壓降線性電路來驅動LED似乎不可行，然而人們往

　　VBATT

　　

　　TPS75105

　　VIN D1A

　　VENAENAD2A

　　VENB ENB

　　D1B

　　D2B

　　ISET

　　GND

　　圖 2. TPS75105 應用電路

　　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）

　　

　　圖 3. TPS75105 LED效率

　　往并不真正了解LDO的效率。LDO的效率完全取決

　　于輸入/輸出電壓的比率，因此驅動WLED有可能實

　　現非常高的效率。例如，用3.6V的鋰離子電池輸入

　　驅動3V WLED可實現83%的LED 效率。圖3顯示了

　　鋰離子電池電壓范圍內數種不同WLED正向電壓條

　　件下TPS75105的效率數據。采用TPS75105實現

　　LED的效率與其他WLED驅動器解決方案相比毫不遜

　　色，甚至更出色。

　　結論

　　評估LED驅動器應用時，應特別考慮應用要求的電

　　流量。如果要求的電流明顯低于應用中WLED VF指

　　定的電流，則應參考WLED參數表中的I-V曲線，以

　　確定應用的實際VF。該應用可使用TPS75105等低壓

　　降線性電流源來實現小尺寸與低成本的解決方案，

　　同時還不會有損于開關升壓轉換器的效率。

　　如欲參閱本文的完整版，敬請參見參考文文獻2。

　　本文章擁有更豐富的WLED信息，不僅針對溫度變

　　化進行了探討，而且還以TPS7510x在鋰離子電池放

　　電曲線上的LED效率為例進行了說明。