無需增加成本、外圍元件和印刷電路板空間，新式白光LED驅(qū)動(dòng)拓?fù)渚湍軌蛱峁I(yè)界領(lǐng)先的效率和簡單架構(gòu)的電荷泵。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員目前面臨一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)，他們需要利用彩色便攜式顯示屏來最大限度地提升系統(tǒng)功能和效率，同時(shí)又要實(shí)現(xiàn)成本和尺寸最小化。現(xiàn)在已經(jīng)到了需要為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供一種全新的LED驅(qū)動(dòng)拓?fù)涞臅r(shí)候。

　　白光LED需要大約3.6伏的供電電壓才能實(shí)現(xiàn)合適的亮度控制。然而，大多數(shù)掌上設(shè)備都采用鋰離子電池作電源，它們在充滿電之后約為4.2伏，安全放完電后約為2.8伏，顯然白光LED不能由電池直接驅(qū)動(dòng)。替代的解決方案是使用升壓電路，在需要時(shí)提高驅(qū)動(dòng)的電壓，從而在整個(gè)電池使用周期間內(nèi)不間斷地為LED穩(wěn)定供電。

　　LCD顯示屏中使用的LED驅(qū)動(dòng)器有兩個(gè)要求。首先它們要能準(zhǔn)確控制和匹配每一個(gè)LED的亮度，這將最大限度地保持顯示屏背光的一致性;其次LED驅(qū)動(dòng)器要能夠把輸入的電池電壓升高，這將保證在整個(gè)電池的使用周期內(nèi)能為LED提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，從而延長設(shè)備的使用時(shí)間。

　　基于電感的LED驅(qū)動(dòng)器通常用于驅(qū)動(dòng)串型連接的LED，此種結(jié)構(gòu)本身就能夠提供一致的匹配。它們還能夠提供可變和優(yōu)化的電壓升高比例，因此具有非常高的電源轉(zhuǎn)換效率。然而，由于外部元件的尺寸和成本，以及討厭的電磁干擾(EMI)，基于電感的LED驅(qū)動(dòng)器方案具有明顯的缺陷。體積龐大的儲能電感限制了這種方案在細(xì)長和低外觀的小型掌上設(shè)備中的應(yīng)用。

　　另一方面，電荷泵型LED驅(qū)動(dòng)器則提供了一個(gè)非常好的解決方案，其外部電路只需使用極小的電容即可。這使之成為進(jìn)一步推動(dòng)消費(fèi)增長的更小更薄的便攜式設(shè)備的理想選擇。電荷泵上的各個(gè)電流通道使用匹配的電流獨(dú)立驅(qū)動(dòng)各并行連接的LED，但是，升壓比例是離散的，由不同的運(yùn)行模式(倍增因子)而定。可用的運(yùn)行模式數(shù)量和當(dāng)前的電池電壓決定了整個(gè)電荷泵的電源效率。

　　常見的電荷泵方案使用二個(gè)外部飛電容來提供三種運(yùn)行模式(1倍，1.5倍，2倍)來進(jìn)行升壓。隨著電池的消耗，這些器件逐次提高升壓參數(shù)。在每一種升壓模式中，最大輸出電壓等于輸入電池電壓乘倍增因子。超過驅(qū)動(dòng)LED所必需的那部分電壓的能量，將在電荷泵或者電流調(diào)節(jié)器中被消耗掉，這就降低了整個(gè)電路的轉(zhuǎn)換效率。

　　嵌入更多的運(yùn)行模式有助于在鋰電池的整個(gè)使用周期內(nèi)限制過高的電壓增益，從而提高效率。某些電荷泵目前提供第四種運(yùn)行模式(1.33倍)，按照1倍、1.33倍、1.5倍和2倍依次提高輸出電壓。實(shí)現(xiàn)1.33倍升壓的常規(guī)方法需要增加器件引腳和外部元件的數(shù)量，相應(yīng)地，需要更多引腳的封裝和更大面積的印刷電路板空間，這使整個(gè)解決方案的成本遠(yuǎn)高于只有三種運(yùn)行模式的器件。

圖1 通過增加一個(gè)1.33倍運(yùn)行模式，電荷泵方案的效率相當(dāng)于基于電感的方案

　　按照1倍、1.33倍、1.5倍和2倍順序來提升電壓的電荷泵達(dá)到了傳統(tǒng)上基于電感的升壓轉(zhuǎn)換器的效率(圖1)，同時(shí)還擁有與電荷泵方案相應(yīng)的低成本和小尺寸的全部好處。此外，通過使用1.33倍運(yùn)行模式，過高提升的電壓被盡量限制，從而減少電源浪費(fèi)和由此而產(chǎn)生的熱損失(圖2)。

圖2 三模式和四模式中電源浪費(fèi)對比

　　目前已經(jīng)有一種創(chuàng)新的、即將獲批美國專利的自適應(yīng)分?jǐn)?shù)電荷泵器件，該器件在保持低成本和三模式(1倍、1.5倍和2倍)器件的簡單性的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)第四種電荷泵運(yùn)行模式(1.33倍)。四模式(Quad-Mode TM)電荷泵能夠提供更高的效率，同時(shí)不必增加外部元件及相關(guān)的成本和印刷電路板空間。此外，1.33倍分?jǐn)?shù)工作模式還可減少電池端的可見電流紋波。這有助于最大限度地減少整個(gè)供電噪聲，這在手機(jī)等便攜式設(shè)備中是一個(gè)很重要的指標(biāo)。

圖3 常規(guī)的1.33倍運(yùn)行模式需要三個(gè)外部飛電容