| 一、引言
近來,隨著無線通訊產(chǎn)品的發(fā)展,彩色LCD顯示屏逐步引入手機和PDA等產(chǎn)品,白光LED為這種應(yīng)用提供了完美的背光方案。然而,由于單節(jié)Li+電池的典型電壓為3.6V,最高電壓為4.2V,而白光LED在20mA電流時,其正向電壓典型值為3.5V,最大值為4V,因此單節(jié)Li+電池不能直接驅(qū)動白光LED。因此,許多手機和PDA廠家一直在尋找經(jīng)濟、高效的白光LED升壓背光電源解決方案。
本文提供了幾種為3個白光LED供電的方案,分別采用電荷泵結(jié)構(gòu)和DC-DC升壓結(jié)構(gòu)兩種方案。
二、MAX684 電荷泵解決方案
圖1 給出了能為3個白光LED提供15mA電流的電荷泵電源方案,電荷泵電源MAX684從2.7～4.2V的輸入電壓范圍產(chǎn)生5V電壓,它僅需要一個電阻和3個外部電容,毋須電感。如需驅(qū)動更多的LED,可選擇MAX683或MAX682,它們可分別提供100mA和250mA輸出電流。因此MAX682能同時驅(qū)動多達16個并聯(lián)的白光LED。為了控制LED的亮度,可在關(guān)斷控制端輸入一個低頻PWM信號（推薦200～300Hz信號）。
MAX684的開關(guān)頻率和外部電阻REXT利用下列公式確定：
REXT (kΩ) = 45000 (Vin - 0.69V)/fOSC (kHz)
fOSC (kHz) = 45000 (Vin - 0.69V)/ REXT (kΩ)
如果REXT選取150kΩ,則開關(guān)頻率在4.2V輸入電壓時為：1.053MHz, 3.6V輸入電壓時則變?yōu)?73kHz。
電荷泵電源是一種低成本解決方案,它不需要外接電感,然而,這些是以犧牲轉(zhuǎn)換效率為代價的。假定我們需要以5V電壓驅(qū)動3個并聯(lián)的LED,則輸出功率為：
Pout = 5V × 15mA × 3 = 0.225W
該電荷泵電源的轉(zhuǎn)換效率按下列公式計算：
E（效率）= Pout/Pin = Vout×Iout/(2×Vin× Iout + Iq×Vin)≈Vout/(2Vin)
其中：Iq: 為IC靜態(tài)電流
例如,當Vin=3.6V,Vout=5V時,效率低于69.4%;當Vin=4.2V,Vout=5V,效率低于59.5%。如果驅(qū)動3個LED,需要的輸入功率為：
Pin=Pout/E=5V×15mA×3/0.694=324mW （Vin=3.6V）
Pin=Pout/E=5V×15mA×3/0.595=378mW （Vin=4.2V）
因此,隨著輸入電壓升高、效率下降,需要更多的輸入功率。
三、MAX1848 DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器解決方案
圖2 描述了DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器——MAX1848為3個白光LED供電方案。MAX1848/49采用恒流方式驅(qū)動2～3個白光LED,適合手機、PDA等便攜式產(chǎn)品。該升壓轉(zhuǎn)換器包括一個高電壓、低導(dǎo)通電阻的N-MOSFET開關(guān),可以取得較高的轉(zhuǎn)換效率,最大限度延長電池壽命。模擬電壓雙模式輸入端為亮度調(diào)節(jié)及開/關(guān)控制提供了簡便的途徑,該輸入端也可以通過輸入PWM波形、外加一個RC濾波器實現(xiàn)控制。高速1.2MHz的電流模式PWM控制技術(shù)使得控制器外部可以采用很小的輸入/輸出電容器和小型電感器,并將輸入電源紋波降至最小�？删幊誊泦庸δ芟藛悠陂g的輸入浪涌電流。MAX1848/49具有節(jié)省體積的SOT23（MAX1848）或超小型UCSP封裝。
圖2電路中MAX1848外部需要一個小型電感、一個二極管、一個檢流電阻和3個電容。該方案的總成本比MAX684電荷泵方案稍高,但它的轉(zhuǎn)換效率卻高得多。當驅(qū)動3個串聯(lián)的白光LED時,需要的輸出功率為：
Pout=3.1V×3×15 mA=139.5 mW
MAX1848的轉(zhuǎn)換效率為：
E（效率） = Pout/ (Pout + PMAX1848 + PD1)
其中：PMAX1848 是在MAX1848消耗的功率
PD1是在肖特基二極管D1上消耗的功率
下表所列數(shù)據(jù)是利用MAX1848評估板測量得到的實際數(shù)據(jù),從表中數(shù)據(jù)可以看出：采用MAX1848方案比電荷泵電源MAX684效率高出15%～25%,具體數(shù)據(jù)與輸入電壓有關(guān)。
表 MAX1848與MAX684用于3個白光LED驅(qū)動性能比較
| | Vin | Iin | Vout | Iout | E(效率) | | 圖2 | 3.6V | 45.53mA | 9.32V | 15mA | 85.29% | | 圖1 | 3.6V | 90mA | 5V | 45mA | 69.4% | | 圖2 | 3.6V | 30.17mA | 9.11V | 10mA | 83.88% | | 圖1 | 3.6V | 60mA | 5V | 30mA | 69.4% | | 圖2 | 4.2V | 38.98mA | 9.32V | 15mA | 85.39% | | 圖1 | 4.2V | 90mA | 5V | 45mA | 59.52% | | 圖2 | 4.2V | 60mA | 5V | 30mA | 59.52% | |
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