新一代便攜式設(shè)備的關(guān)鍵電源電路設(shè)計(jì)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(shè)備電池的使用壽命。顯示器背光照明最常見的是采用3~6個(gè)白光LED陣列，通常這些白光LED由20mA左右的電流來驅(qū)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)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(zhàn)：1. 如何實(shí)現(xiàn)各個(gè)LED間亮度一致；2. 在保持高效率的同時(shí)優(yōu)化調(diào)光功能。
　　
　　解決第一個(gè)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)要求LED驅(qū)動(dòng)器提供相同的驅(qū)動(dòng)電流。通過串聯(lián)這些LED可以輕松實(shí)現(xiàn)流經(jīng)每個(gè)LED的電流相同。驅(qū)動(dòng)LED有兩種主要的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即開關(guān)電容/電荷泵和升壓轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)高達(dá)200mA電流的應(yīng)用才具有成本效益；當(dāng)輸出電壓與輸入電壓本質(zhì)上不相關(guān)時(shí)，其效率相對(duì)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(xiàn)相同的驅(qū)動(dòng)電流。電感升壓轉(zhuǎn)換器利用電感器將電能傳輸至輸出端，輸出電壓增益可達(dá)10倍，因此它隨時(shí)可以驅(qū)動(dòng)6個(gè)串聯(lián)LED，并實(shí)現(xiàn)超過85%的效率。但是，電感升壓轉(zhuǎn)換器需要相對(duì)較大的電感且存在電磁干擾(EMI)方面的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

　　
　　圖2：小型電感和大型電感的輸出電壓瞬態(tài)響應(yīng)曲線。
　　
　　解決第二個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)是要提供許多便攜式設(shè)備所需要的適合的調(diào)光功能。主要的調(diào)光技術(shù)有PWM調(diào)光、模擬調(diào)光和數(shù)字調(diào)光三種。
　　
　　PWM調(diào)光利用一個(gè)低頻數(shù)字PWM信號(hào)來反復(fù)開關(guān)白光LED驅(qū)動(dòng)器，通過調(diào)整PWM信號(hào)的脈沖寬度就可以實(shí)現(xiàn)LED調(diào)光功能。PWM調(diào)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(jī)系統(tǒng)中可用一個(gè)I/O端口生成PWM信號(hào)以啟動(dòng)或關(guān)閉白光LED驅(qū)動(dòng)器。

　　
　　圖3：(a) 典型的白光LED驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光模式；(b) H橋接降壓/升壓轉(zhuǎn)換器電路。
　　
　　然而，利用200Hz~20kHz的低調(diào)光頻率可能會(huì)產(chǎn)生聽得見的噪聲。為避免這種噪聲，白光LED驅(qū)動(dòng)器所提供的調(diào)光頻率應(yīng)超過聽得見的噪聲的頻率范圍。圖3(a)和圖4給出了典型的應(yīng)用電路及其開關(guān)波形。

　　
　　圖4：圖3(a)電路的PWM調(diào)光開關(guān)波形。
　　
　　模擬調(diào)光是對(duì)參考電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，參考電壓決定了流經(jīng)LED的電流。PWM信號(hào)隨同低通濾波器被用來設(shè)置調(diào)光閾值。類似地，調(diào)節(jié)占空比將最終改變平均參考電壓以實(shí)現(xiàn)調(diào)光。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是深度調(diào)光的效率較低，這將縮短電池運(yùn)行時(shí)間。該方法的另一個(gè)主要挑戰(zhàn)是發(fā)光質(zhì)量，由于LED驅(qū)動(dòng)電流很低，所以LED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(diào)光方法是數(shù)字調(diào)光。數(shù)字調(diào)光要求專用數(shù)字接口(如I2C)和單個(gè)線路接口。通過對(duì)到達(dá)驅(qū)動(dòng)器的數(shù)字信號(hào)進(jìn)編程，可以根據(jù)應(yīng)用需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)節(jié)白光LED亮度。TPS61060支持?jǐn)?shù)字調(diào)光功能，可降低處理器功耗并延長(zhǎng)電池使用壽命。