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)動拓撲就能夠提供業(yè)界領(lǐng)先的效率和簡單架構(gòu)的電荷泵。
系統(tǒng)設(shè)計人員目前面臨一個艱巨的挑戰(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，同時又要實現(xiàn)成本和尺寸最小化?，F(xiàn)在已經(jīng)到了需要為系統(tǒng)設(shè)計師提供一種全新的led驅(qū)動拓撲的時候。
白光led需要大約3.6伏的供電電壓才能實現(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。替代的解決方案是使用升壓電路，在需要時提高驅(qū)動的電壓，從而在整個電池使用周期間內(nèi)不間斷地為LED穩(wěn)定供電。
LCD顯示屏中使用的LED驅(qū)動器有兩個要求。首先它們要能準確控制和匹配每一個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)動器要能夠把輸入的電池電壓升高，這將保證在整個電池的使用周期內(nèi)能為LED提供足夠的驅(qū)動電壓，從而延長設(shè)備的使用時間。
基于電感的LED驅(qū)動器通常用于驅(qū)動串型連接的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)動器則提供了一個非常好的解決方案，其外部電路只需使用極小的電容即可。這使之成為進一步推動消費增長的更小更薄的便攜式設(shè)備的理想選擇。電荷泵上的各個電流通道使用匹配的電流獨立驅(qū)動各并行連接的LED，但是，升壓比例是離散的，由不同的運行模式(倍增因子)而定?？捎玫倪\行模式數(shù)量和當前的電池電壓決定了整個電荷泵的電源效率。
常見的電荷泵方案使用二個外部飛電容來提供三種運行模式(1倍，1.5倍，2倍)來進行升壓。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，這就降低了整個電路的轉(zhuǎn)換效率。
嵌入更多的運行模式有助于在鋰電池的整個使用周期內(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，這使整個解決方案的成本遠高于只有三種運行模式的器件。
圖1 通過增加一個1.33倍運行模式，電荷泵方案的效率相當于基于電感的方案
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到了傳統(tǒng)上基于電感的升壓轉(zhuǎn)換器的效率(圖1)，同時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倍運行模式，過高提升的電壓被盡量限制，從而減少電源浪費和由此而產(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)分數(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可以實現(xiàn)第四種電荷泵運行模式(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倍分數(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供電噪聲，這在手機等便攜式設(shè)備中是一個很重要的指標。
圖3 常規(guī)的1.33倍運行模式需要三個外部飛電容
常規(guī)的1.33倍運行模式(圖3)需要三個飛電容，通過使用兩相轉(zhuǎn)換(充電和升壓)來實現(xiàn)1.33倍升壓。Catalyst Semiconductor的新型1.33倍轉(zhuǎn)換架構(gòu)(圖4)通過增加額外的第三個轉(zhuǎn)換相來完成1.33倍升壓，這就消除了通常所需外接的第三個飛電容。
圖4 新的Catalyst 1.33倍運行模式架構(gòu)消除了第三個飛電容
在這種新的1.33倍升壓架構(gòu)中(圖4)，第一相動作是把飛電
