在手機(jī)和其他移動(dòng)設(shè)備中，白光LED能為小尺寸彩屏提供完美的背光效果。但大部分手機(jī)使用單節(jié)鋰電池供電，而單節(jié)鋰電池很難直接驅(qū)動(dòng)白光LED。通常鋰電池的工作電壓范圍為3～4.2V，而白光LED的導(dǎo)通壓降是 3.5～4.2V（20mA）。因此，鋰電池電壓降低后將無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)白光LED。

為了給白光LED提供足夠的正向壓降，可以使用基于電容的電荷泵或基于電感的升壓電路?？紤]到效率和電池壽命，基于電感的轉(zhuǎn)換器可能是最好的選擇，但是額外的電感會(huì)增加系統(tǒng)成本。而且，由于EMI和RF干擾，電感型升壓電路需要仔細(xì)的設(shè)計(jì)和布板。與之相比，電荷泵解決方案具有價(jià)格便宜、易使用等優(yōu)勢(shì)，但效率較低，縮短了電池使用壽命。

隨著電荷泵設(shè)計(jì)技術(shù)的改進(jìn)，新型白光LED驅(qū)動(dòng)芯片，如Maxim等公司的芯片，不但可以獲得電感升壓電路的效率（大約85％），而且可以保持傳統(tǒng)電荷泵設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)捷、低成本等優(yōu)勢(shì)。

分?jǐn)?shù)電荷泵及其對(duì)效率的影響

第一代白光LED驅(qū)動(dòng)電荷泵的基本架構(gòu)是倍壓或2x拓?fù)洌?倍壓電荷泵的工作效率為：

PLED/PIN=VLED×ILED/（2×VIN×ILED+Iq×VIN）

其中，Iq是電路的靜態(tài)電流，因?yàn)镮q非常小，上式可近似等效為：

PLED/PIN≈VLED/（2VIN）

為了提高效率，第二代白光LED驅(qū)動(dòng)電荷泵的輸出不再是輸入電壓的整數(shù)倍。如果電池電壓足夠，LED驅(qū)動(dòng)器將產(chǎn)生1.5倍壓輸出，1.5倍壓電荷泵的轉(zhuǎn)換效率為：

PLED/PIN=VLED×ILED/（1.5×VIN×ILED+Iq×VIN）≈VLED/（1.5VIN）

從上式可明顯看出：1.5倍壓電荷泵的效率顯著提高了。假設(shè)電池電壓為3.6V，LED電壓為3.7V，效率從2倍壓電荷泵的51％提高到69％。

第三代電荷泵引入的1倍壓模式進(jìn)一步提高了效率。當(dāng)電池電壓足夠高時(shí)，通過(guò)一個(gè)低壓差電流調(diào)節(jié)器直接將電池連接到LED，此時(shí)，效率可以通過(guò)下式表示。

PLED/PIN=VLED×ILED/（VIN×ILED+Iq×VIN）VLED/（VIN）

當(dāng)電池電壓足以驅(qū)動(dòng)白光LED時(shí)，1倍壓模式的效率超過(guò)90％。如果電池電壓為4V，LED導(dǎo)通壓降為3.7V，則效率可達(dá)92％。

在不同電池電壓下獲得最高效率

1倍壓轉(zhuǎn)換模式效率最高，但只能用于電池電壓高于LED正向壓降的情況下。為了獲得最高效率，白光LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)要求綜合考慮電池和LED電壓，當(dāng)電池電壓（或LED電壓）改變時(shí)需要相應(yīng)地改變驅(qū)動(dòng)器的工作模式。但是，如果在電池電壓較高時(shí)（而非必要的條件下）改變工作模式，開(kāi)關(guān)損耗可能使電路進(jìn)入低效率模式。當(dāng)電池電壓下降時(shí)，最好盡可能地使驅(qū)動(dòng)器保持在高效模式（例如1倍壓模式），對(duì)于功率開(kāi)關(guān)而言，為了得到低損耗，芯片面積和成本都將提高。

為了保持1倍壓模式能夠工作在盡可能低的電池電壓下，要盡可能降低1倍壓模式調(diào)整管FET和電流調(diào)節(jié)器的壓降。壓降決定了串聯(lián)損耗和所能維持的1倍壓模式的最低輸入電壓。最小輸入電壓由下式表示：

VLED+Bypass PFET RDS（ON）×ILED+VDROPOUT

傳統(tǒng)的正電荷泵白光LED解決方案采用PMOS FET作為旁路開(kāi)關(guān)連接電池和LED。FET的導(dǎo)通電阻RDS（ON）大概是1～2Ω。更小的導(dǎo)通電阻將受限于芯片面積和成本。導(dǎo)通電阻越小，芯片面積越大，成本也越高。
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