多年以来，发光二极管(LED)一直是状态显示屏和点阵显示屏的必然选择。如今，你能选择先进的蓝光和白光LED(广泛用于便携式装置中)，也可以选择无所不在的绿光、红光和黄光LED，如白光LED被视为彩色显示屏的理想背景照明。但是，在为LED设计电源系统的时候，应该注意这些新型LED器件本身固有的特性。
标准红光、绿光和黄光LED
要正确使用一个LED，最简单的方法是将一个电压源和一个LED、一个电阻串联在一起。只要工作电压VB保持恒定，LED就能发出强度恒定的光(虽然随着环境温度的上升光的强度会减弱)。当然，你也可以通过改变电阻来改变光强度。注意，通过LED的压降随着正向电流增长而增长。假如单个绿光LED正向电流为10mA，恒定的工作电压为5V，串联的电阻RV等于(5V-VF,10Ma)/1mA=300Ω，正向电压为2V。
商用二极管和用镓砷磷混合物(GaAsP)制成的二极管一样，对大多数设计工程师来说容易操作和了解，这些二极管拥有很多优势。
· 随着正向电流、工作电流以及环境温度的变化，发光的颜色(发出光的波长)保持相对稳定。标准绿光LED发出一个波长约为565nm的光，只有25nm的小误差。因为颜色的差异很小，所以将几个这样的LED并联工作不会出现问题。通常正向电压的变化能够在光强方面产生微弱的差异，但这些是次要因素。通常，你可以忽略同一厂家生产的同一批号LED之间的任何差别。
· 正向电流上升到大约10mA时，正向电压几乎不出现变化。红光LED的变化大约为200mV，其它颜色的LED 变化大约为400mV。
· 正向电流低于10mA，蓝光和白光LED正向电压更低，允许直接用一个Li+电池或者NiMH电池驱动。
于是，标准LED工作时的耗电很低。如果LED的工作电压高于它的最大正向电压，那么就不需要升压转换器或者复杂昂贵的电压源。
只要应用环境能容忍电池放电时光强的减弱，这些LED甚至可以直接用Li+或者NiMH电池来驱动。
蓝光LED
有相当长一段时间，由于蓝光LED还没有获得应用，设计工程师只能求助于现成的红光、绿光和黄光。早期“蓝光”器件实际上不是真正的蓝光LED，只是一些用蓝色发光体封装的小白炽灯泡。
几年前，第一个采用纯碳化硅材料(SiC)的“真正蓝光”LED开发成功，但是它们的发光效率很低。紧接着的一代器件基础材料采用氮化镓(GaN)，使发光效率达到了第一版本的好几倍高。如今的蓝光LED晶粒外延(epitaxy)材料称为InGaN(Indium-Gallium-Nitride)，发出的波长在450nm到470nm范围内。InGaN LED产生的光强是氮镓LED的五倍。
白光LED
真正的白光LED目前还没有出现，因为LED需要发出一个特定的波长，这样的器件很难构造，白光不出现在彩色光谱中，取而代之的是从波长混合体中觉察白光。
制造白光LED需要采用一些诀窍，用一个转换材料把产生蓝光的InGaN基体材料封住，当被蓝光激励时转换材料发出黄光。结果便产生了蓝光和黄光的混合光，用眼睛观看就是白光。
白光LED的颜色用颜色坐标系定义，这些X和Y坐标值是根据国际照明协会CIE(the Commission International De L`Eclairage)的15.2版本中出现的说明进行计算的。
不幸的是，基于InGaN技术LED的使用并不是像标准绿光、红光和黄光型LED那样容易掌握。InGaN LED主导波长(颜色)是随着正向电流而变化的。例如，由于转换材料浓度的不同，白光LED的颜色会发生变化。而且波长随着发出蓝光的InGaN材料的正向电压而变化(正如前面提到的，白光LED没有特定的波长)。
由于正向电流可达10mA，正向电压变化比较大，变化范围大约是800mV(对于某些型号的二极管，正向电压变化甚至更多)。这样，由于电池放电造成的工作电压变化就改变了二极管的颜色，这是因为工作电压的变化改变了正向电流。在正向电流为10mA时，正向电压大约为3.4V(这个数值随着生产厂家而变化，范围在3.1V至4.0V)。不同LED的电流-电压特性有明显的变化。LED直接靠一节电池来工作是很困难的，因为大多数电池放电状态低于LED的最低所需正向电压。
并联白光LED的操作
许多便携式和电池驱动型装置用白光LED作为背景照明，特别是PDA彩色显示屏需要一个白色背光灯，以获得接近原始色彩的再现效果。将来3G移动电话将支持图像和视频数据，这就更加需要白色背光显示屏。
在多数情况下，只有单个白光LED是不够的，要将多个白光LED组合在一起。即使在电池充电和其它条件变化时，也必须采取特殊的步骤，以确保它们的光强和颜色相匹配。
对于一组任意选择的白光LED，为它们施加3.3V电压就产生2mA至5mA的正向电流，最终产生不同色调的白光，结果导致照明显示屏上不真实的颜色再生。LED也有不同光强，这些光强产生不均匀的照明。
另一个问题是所需要的最小供给电压。对LED操作来说，最小供给电压必须远高于3V。低于这个电压值，某些LED可能无法点亮。
一个充满电的Li-Ion电池提供4.2V的输出电压，在短时间工作以后输出电压降为有名无实的3.5V。由于电池放电，该电压进一步降至3.0V。如果白光LED直接靠电池工作，那么将会出现下面的问题：首先，当电池充满电时，所有的二极管发光，光强和色调不同；但电池电压降到有名无实时，光强减弱和白光色调差异变得更明显，因此设计师傅在计算串联电阻时，必须考虑电池电压值和二极管正向电压(随着电池完全放电，一些LED将完全变暗)。
充电泵的电流控制
LED电源的目标是提供足够高的输出电压，并且迫使同样的电流通过所有并联的LED。注意，如果所有并联白光LED有同样的电流，那么这些白光LED将有相同的色相坐标。Maxim公司提供能达到此目的的电流控制充电泵(MAX1912)。
3个LED处于并联结构，充电泵是一个大规模器件，能够使输入电压得到系数为1.5的提升，早期充电泵只是将输入电压双倍增大，但这个新技术提供更好的效率。将输入电压放大到刚好使LED工作的电压。电阻网络与SET(pin10)相连，确保所有LED中有相同电流。内部电路将SET电压维持在200mV，所以通过任何LED的电流可以计算为：
ILED=200 mV /10Ω=20mA
如果某些二极管需要更低的电流，可以将3个以上的二极管并联，因为MAX1912释放出差不多60mA的电流，具体参照MAX1912参数表。
简单的电流控制方法
如果为系统提供一个高于二极管正向电压的工作电压，白光LED就容易控制。例如，数字照相机通常有一个+5V的供给电压，这样就不需要升压功能，因为供给电压有足够的余量来驱动LED。
该控制过程很简单：电阻RSET规定了强制流经所有并联LED的电流。这个方法占用很小PCB空间。除IC(小型6管脚SOT23封装)和很少旁路电容外，只需一个外接电阻，IC在LED之间提供完美的0.03%电流匹配。这种结构提供相同的色相，使每个LED发出相同类型的白光。
通过调光改变光强
一些便携装置根据周围光线的环境控制光输出强度，其它则在短暂待机间隔后通过软件降低光强。这两种操作均需要对LED进行调光处理，这种调光功能将以同样的方式影响每个正向电流，以避免色相坐标可能的变化。采用一个小巧的数/模转换器来控制流经RSET电阻的电流，就能够得到这种一致性。
借助于6位解析度的转换器，如采用兼容12C接口的MAX5362，或者兼容SPI接口的MAX5365，就有可能实现具有32级光强的调光功能。来自LED的白光类型随着亮度改变而改变，因为正向电流影响色相坐标，这应该不是个问题，因为相同的正向电流可使一组二极管发出相同的光。
能让色相坐标不发生偏移的调光功能称为脉宽调制，这可通过大多数提供启动或关闭功能的电源器件来实现脉宽调制。例如，只要调低EN使该器件不起作用，MAX1916就将LED的漏电流限制在仅有1μA，结果就不会发光。调高EN可使规定的正向电流通过LED。如果将脉宽调制信号应用于EN，那么亮度就与信号的占空比成比例。
因为每个LED持续流过相同的正向电流，所以色相坐标不发生位移。然而，人眼可以觉察到因为亮度变化而造成的占空比变化。高于25Hz的频率不能被人眼觉察，所以200-300Hz的开关频率对脉宽调制调光是一个好的选择。更高的频率会产生问题，因为LED点亮、熄灭的短暂间隔内，色相坐标可能会移动。微处理器的I/O脚或它的任一外围器件都能够提供脉宽调制信号。可获得的亮度等级数依赖于为此而设计的计数寄存器的宽度。
具有电流控制功能的开关式升压转换器
除了上面提及的充电泵MAX1912之外，也可以使用具有电流控制功能的升压转换器。例如，开关式电压转换器MAX1848产生高达13V的输出电压，足够驱动3个串联的LED。这种方法可能最简洁，因为所有的串联LED有非常一致的电流。LED的电流由RSNSE和应用到CTRL输入端的电压决定。
根据上面讲述的任何一个方法，MAX1848能够执行调光功能。由于通过LED的正向电流与应用于CTRL脚的电压成比例，当应用于CTRL的电压变得低于100mV时，MAX1848进入关闭模式，同样也实现了脉宽调制调光功能。
总结
如果采用使二极管正向电流相等的方法，确保它们发出均匀的白光，那么这些LED就能够以并联方式工作。为了正确使用LED，既可选择受控电流源，也可选择组合有电流控制功能的升压转换器。如果采用充电泵或者开关式升压转换器，就能通过极少数目的标准产品实现这种组合。
欲了解更多资料，请参考Standard and White LED Basics and Operation - AN3070，网址为http://pdfserv.maxim-ic.com/en/an/AN3070.pdf。
