如何在白光LED應(yīng)用中提升電池電壓

　　圖3U具有1倍和1.5倍增益的開關(guān)電容電路。

　　同樣的，電壓轉(zhuǎn)換在兩個(gè)階段內(nèi)完成。在第一個(gè)階段，開關(guān)S1到S3關(guān)閉，而開關(guān)S4到S8打開。因此C1和C2并聯(lián)，假設(shè)C1等于C2，則充電到一半的輸入電壓U

　　輸出電容CHOLD提供輸出負(fù)載電流。隨著這個(gè)電容的放電，輸出電壓降低到期望的輸出電壓以下，第二個(gè)階段是被激活來將輸出電壓增高到這個(gè)值以上。在第二階段，C1和C2并聯(lián)，連接在VIN和VOUT之間。開關(guān)S4到S7關(guān)閉，而S1到S3和S8打開。因?yàn)殡娙輧啥说碾妷航挡⒉荒芡蛔?，輸出電壓跳變到輸入電壓值?.5倍U

　　電壓升壓是通過以下的模式完成U通過關(guān)閉S8并保持S1到S7打開，電壓轉(zhuǎn)換可以獲得1倍的增益。

　　脈沖頻率調(diào)制（PFM）方案

　　圖4介紹了一種簡化的脈沖頻率調(diào)制（PFM）調(diào)壓方案，該方案利用了多個(gè)增益。

　下調(diào)的輸出電壓通過PUMP/SKIP比較器與1.2V的電壓基準(zhǔn)比較。PUMP/SKIP比較器輸出電壓在啟動時(shí)線性上升，提供軟啟動功能。當(dāng)輸出電壓超過期望的極限，器件不會開啟，消耗的電源電流將很小。在這種空閑狀態(tài)的期間，輸出電容CHOLD提供輸出負(fù)載電流。隨著這個(gè)電容不斷放電以及輸出電壓降低到期望的輸出電壓以下，電荷泵被激活直到輸出電壓再次達(dá)到高于這個(gè)值。

　　在輕負(fù)載下，PFM調(diào)節(jié)架構(gòu)的主要優(yōu)勢是很明顯的。通常通過輸出電容提供負(fù)載電能。電源電流非常低，輸出電容只需要偶爾通過電荷泵進(jìn)行再次充電。

　　總之，調(diào)壓電荷泵在一個(gè)寬的輸入范圍內(nèi)不能維持高的效率，因?yàn)檩斎?輸出電流比根據(jù)基本的電壓轉(zhuǎn)換進(jìn)行調(diào)節(jié)，任何比輸入電壓乘以電荷泵增益所得的值更低的輸出電壓將導(dǎo)致轉(zhuǎn)換器內(nèi)額外的功耗，并且效率會成比例地降低。

　　轉(zhuǎn)換器根據(jù)輸入／輸出比例改變增益的能力允許在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)完成最優(yōu)秀的效率。理想的情況是，增益應(yīng)該是線性式變化?，F(xiàn)實(shí)中，給予固定的電容和開關(guān)數(shù)量，只可能達(dá)到有限的增益配置。

　　在圖4中，輸入電壓被調(diào)節(jié)，并被饋入到三個(gè)比較器的正向結(jié)點(diǎn)。比較器的所有反向結(jié)點(diǎn)連接到輸出電壓。根據(jù)輸入／輸出電壓比，比較器的輸出提供帶有一個(gè)3位字的增益控制電路，增益控制電路用于選擇最小的增益G，這樣就可以獲得期望的電壓轉(zhuǎn)換。然而，在白光LED應(yīng)用中，選擇正確的增益G不僅僅根據(jù)輸入和輸出電壓。

　　圖5：這個(gè)開關(guān)電容器白光LED驅(qū)動器可用于四個(gè)LED

　　圖5是利用可適性電荷泵提升電壓的發(fā)光二極管驅(qū)動器，增益可達(dá)一及一點(diǎn)五倍。電荷泵的輸入端連接VIN接腳，而輸出端則連接VOUT接腳。 VOUT的電壓會通過調(diào)節(jié)，穩(wěn)定在VREG這個(gè)恒定的水平。對于采用共陽極配置的LED，每個(gè)LED的輸入電流都可利用內(nèi)部電流源加以控制，其峰值驅(qū)動電流可通過外置電阻(RSET)加以設(shè)定。

　　這個(gè)計(jì)算方法正確與否取決于以下的先決條件：亦即VOUT- VLED的數(shù)值必須大至足以使信道組件不會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。事實(shí)上，若要為發(fā)光二極管提供所需的恒定電流，電流源的電壓必須有最低的規(guī)定，而這個(gè)最低的電壓稱為上限電壓(VHR)，其數(shù)值會隨著RHR電阻的變動而改變 ：

　　電荷泵必須不斷轉(zhuǎn)換適用的增益倍數(shù)，以確保電流恒定，決定采用哪一增益倍數(shù)的考慮因素包括發(fā)光二極管的正向壓降、電流源的電壓以及輸入電壓（參考圖5）。因此即使輸入電壓范圍極為廣泛，電荷泵仍能以最有效率的一倍增益作業(yè)，以減少電池的耗電量。

　　總結(jié)

　　使用開關(guān)電容比基于電感的開關(guān)方法具有某些優(yōu)勢，其中一個(gè)明顯的優(yōu)勢就是消除了電感以及相關(guān)的電磁設(shè)計(jì)問題。開關(guān)電容轉(zhuǎn)換器通常具有相對低的噪音和最小的輻射EMI。此外，應(yīng)用電路很簡單，只需要幾個(gè)小電容。因?yàn)樵跊]有電感的情況下，最后的PCB器件高度通常比同等的開關(guān)轉(zhuǎn)換器更小。