新一代便攜式設備的關(guān)鍵電源電路設計考慮

　　為背光用白光LED供電
　　
　　背光的功耗非常高，這會(huì )影響便攜式設備電池的使用壽命。顯示器背光照明最常見(jiàn)的是采用3~6個(gè)白光LED陣列，通常這些白光LED由20mA左右的電流來(lái)驅動(dòng)以實(shí)現優(yōu)化的亮度和顏色。為背光用白光LED供電主要面臨兩個(gè)挑戰：1. 如何實(shí)現各個(gè)LED間亮度一致；2. 在保持高效率的同時(shí)優(yōu)化調光功能。
　　
　　解決第一個(gè)設計挑戰要求LED驅動(dòng)器提供相同的驅動(dòng)電流。通過(guò)串聯(lián)這些LED可以輕松實(shí)現流經(jīng)每個(gè)LED的電流相同。驅動(dòng)LED有兩種主要的拓撲結構，即開(kāi)關(guān)電容/電荷泵和升壓轉換器。電荷泵采用電容器將電能傳輸至輸出端，解決方案總體尺寸非常小。由于電荷泵必須要集成至少4個(gè)MOSFET，所以只有驅動(dòng)高達200mA電流的應用才具有成本效益；當輸出電壓與輸入電壓本質(zhì)上不相關(guān)時(shí)，其效率相對較低。由于電荷泵的升壓能力有限，所以通常LED是并聯(lián)連接，這就需要精確鏡像電流以實(shí)現相同的驅動(dòng)電流。電感升壓轉換器利用電感器將電能傳輸至輸出端，輸出電壓增益可達10倍，因此它隨時(shí)可以驅動(dòng)6個(gè)串聯(lián)LED，并實(shí)現超過(guò)85%的效率。但是，電感升壓轉換器需要相對較大的電感且存在電磁干擾(EMI)方面的設計挑戰。

　　
　　圖2：小型電感和大型電感的輸出電壓瞬態(tài)響應曲線(xiàn)。
　　
　　解決第二個(gè)系統設計挑戰是要提供許多便攜式設備所需要的適合的調光功能。主要的調光技術(shù)有PWM調光、模擬調光和數字調光三種。
　　
　　PWM調光利用一個(gè)低頻數字PWM信號來(lái)反復開(kāi)關(guān)白光LED驅動(dòng)器，通過(guò)調整PWM信號的脈沖寬度就可以實(shí)現LED調光功能。PWM調光的主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠高效率地提供高質(zhì)量白光。在手機系統中可用一個(gè)I/O端口生成PWM信號以啟動(dòng)或關(guān)閉白光LED驅動(dòng)器。

　　
　　圖3：(a) 典型的白光LED驅動(dòng)器的調光模式；(b) H橋接降壓/升壓轉換器電路。
　　
　　然而，利用200Hz~20kHz的低調光頻率可能會(huì )產(chǎn)生聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲。為避免這種噪聲，白光LED驅動(dòng)器所提供的調光頻率應超過(guò)聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲的頻率范圍。圖3(a)和圖4給出了典型的應用電路及其開(kāi)關(guān)波形。

　　
　　圖4：圖3(a)電路的PWM調光開(kāi)關(guān)波形。
　　
　　模擬調光是對參考電壓進(jìn)行調節，參考電壓決定了流經(jīng)LED的電流。PWM信號隨同低通濾波器被用來(lái)設置調光閾值。類(lèi)似地，調節占空比將最終改變平均參考電壓以實(shí)現調光。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是深度調光的效率較低，這將縮短電池運行時(shí)間。該方法的另一個(gè)主要挑戰是發(fā)光質(zhì)量，由于LED驅動(dòng)電流很低，所以L(fǎng)ED的發(fā)光質(zhì)量非常差，且發(fā)出的光也與自然界的白光不同。
　　
　　最后一種調光方法是數字調光。數字調光要求專(zhuān)用數字接口(如I2C)和單個(gè)線(xiàn)路接口。通過(guò)對到達驅動(dòng)器的數字信號進(jìn)編程，可以根據應用需要動(dòng)態(tài)調節白光LED亮度。TPS61060支持數字調光功能，可降低處理器功耗并延長(cháng)電池使用壽命。