电源管理－电荷帮浦vs.升压式转换器白光发光二极管驱动解决方案的非常战争

　　过去几年，由于彩色显示器的出现，用在可携式装置显示器及键盘照明的白光发光二极管驱动器的需求快速增加，其中又以手机及其它手持装置使用的主动式数组液晶为最。尽管几乎每家电源管理供货商都提供白光发光二极管驱动器，市场仍分成两个部份：电荷帮浦解决方案与升压式转换器解决方案。虽然基于效率等理由促使设计人员选择升压式转换器解决方案，但这两种方法的决定基础其实是相当复杂的。本篇文章将针对电荷帮浦解决方案和升压式转换器解决方案做出具体的比较，并且讨论可能的电磁干扰相关问题。

　　在为白光发光二极管选择升压式转换器解决方案或电荷帮浦解决方案时，首先要考量的是这两种解决方案在哪些特定方面的表现较佳。不同的终端应用对于发光二极管驱动器的需求也会不同。举例来说，对于液晶（LCD）模块制造商而言，组件的高度可能是最重要的设计参数；对个人数字助理（PDA）制造商而言，效率则是最重要的设计参数。图一为使用TPS60230白光发光二极管电荷帮浦驱动器的典型应用。

　　TPS60230一般来说是直接由锂电池在3V到4.2V的范围内供电，也可以在个别提供20mA之情况下驱动5个发光二极管。图二为使用TPS61062之驱动电路，这是一个典型基于升压式转换器解决方案的白光发光二极管驱动器电路。

　　图二的升压式转换器采用最新的IC发展技术，完全整合同步升压式转换器，并省略外部的萧基二极管，具备最小体积以及最少外部组件等优点。前文已经针对图一及图二的解决方案进行最重要的设计参数之讨论，同时也说明升压式转换器和电荷帮浦解决方案的不同之处。接下来我们则将针对电荷帮浦和升压式转换器白光发光二极管驱动电路的各个方面进行比较。

　　■电荷帮浦vs.升压式转换器之效率

　　我们无法单就「效率」来评论电荷帮浦之良莠，因为整体效率受到与应用场合相关之参数的影响，这些参数包括发光二极管的顺向电压、锂电池的放电特性及受不同电荷帮浦模式影响之发光二极管电流。图三为典型的电荷帮浦解决方案效率曲线；当转换器操作在“低压降线性调节器（LDO）模式”下且增益为1、输入电压在4.2～3.6伏特之间时，效率可保持在75％以上。在低压降线性调节器模式中，电荷帮浦之动作与低压降线性调节器一样，输入电压都被向下调整到发光二极管的典型顺向电压3.1V～3.5V。另一个低压降线性调节器模式的好处是组件内部未进行切换，故可避免电磁干扰的问题。

　　然而，当增益为1.5、驱动由「低压降线性调节器模式」转换到升压模式时，效率会急剧下滑，此现象主要取决于驱动IC中的内部压降及发光二极管顺向电压。在升压模式中，组件内部会进行切换，并产生比输入电压高1.5倍的内部电压，此内部电压需要调降到与发光二极管顺向电压相同，效率也因此降低。总结来说，在低压降线性调节器模式下操作时，电荷帮浦的效率非常的高。

　　相对于电荷帮浦解决方案而言，如图四所示，使用TPS61062的升压式转换器在整个锂电池操作电压的范围中其效率均可介于75％到80％间。有些升压式转换器解决方案，如搭配外部整流二极管的TPS61042，甚至可以达到85％的效率。由于输入输出转换比率较低，因此当驱动少于5个发光二极管时，效率甚至还可以提高。整体来说，升压式转换器通常可达到比电荷帮浦解决方案较高的效率，特别是在驱动4个及4个以上的发光二极管时。

　　■电荷帮浦vs.升压式转换器之解决方案体积

　　电荷帮浦解决方案在过去向来是应用主流，主要是因为升压式转换器运用了庞大的电感与外部的萧基二极管。由于最新的发展及高度的整合水准，升压式转换器解决方案已达到与电荷帮浦解决方案相近的体积。电荷帮浦驱动需要更多的接脚、更大的组件包装以及两个外部的飞驰电容（flying capacitor），因此电荷帮浦解决方案的体积与升压式转换器相去不远，甚至更大。将升压式转换器的切换频率增加到1MHz，就可以使用较小的电感和输入输出电容。TPS61062的内部控制循环被进一步设计成在正常操作下，电感电流不会达到切换电流的最大限制。这让小电感的的最大电流量只要符合电感电流峰值即可。举例来说，在驱动4个发光二极管时，使用一个饱和电流为200mA的电感就足够了。若没有这个特殊的内部循环设计，电感饱和电流就得达到400mA，而需要更大的电感体积与铁芯。