1、白光發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)解決方案在為白光發(fā)光二極管選擇升壓式轉(zhuǎn)換器解決方案或電荷幫浦解決方案時(shí)，首先要考量的是這兩種解決方案在哪里些特定方面的表現(xiàn)較佳。不同的終端應(yīng)用對(duì)于發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器的需求也會(huì)不同。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于液晶（LCD）模塊制造商而言，元件的高度可能是最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)；對(duì)個(gè)人數(shù)碼助理（PDA）制造商而言，效率則是最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。圖一為使用TPS60230白光發(fā)光二極管電荷幫浦驅(qū)動(dòng)器的典型應(yīng)用 圖一：典型白光發(fā)光二極管電荷幫浦驅(qū)動(dòng)器TPS60230一般來(lái)說(shuō)是直接由鋰電池在3V到4.2V的范圍內(nèi)供電，也可以在個(gè)別提供20mA之情況下驅(qū)動(dòng)5個(gè)發(fā)光二極管。圖二為使用TPS61062之驅(qū)動(dòng)電路，這

2、是一個(gè)典型基于升壓式轉(zhuǎn)換器解決方案的白光發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)器電路。圖二：典型白光發(fā)光二極管升壓式轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)器。圖二的升壓式轉(zhuǎn)換器采用最新的IC發(fā)展技術(shù)，完全整合同步升壓式轉(zhuǎn)換器，并省略外部的蕭基二極管，具備最小體積以及最少外部元件等優(yōu)點(diǎn)。前文已經(jīng)針對(duì)圖一及圖二的解決方案進(jìn)行最重要的設(shè)計(jì)參數(shù)之討論，同時(shí)也說(shuō)明升壓式轉(zhuǎn)換器和電荷幫浦解決方案的不同之處。接下來(lái)我們則將針對(duì)電荷幫浦和升壓式轉(zhuǎn)換器白光發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路的各個(gè)方面進(jìn)行比較。電荷幫浦vs.升壓式轉(zhuǎn)換器之效率我們無(wú)法單就效率來(lái)評(píng)論電荷幫浦之良莠，因?yàn)檎w效率受到與應(yīng)用場(chǎng)合相關(guān)之參數(shù)的影響，這些參數(shù)包括發(fā)光二極管的順向電壓、鋰電池的放電特性及受不同

3、電荷幫浦模式影響之發(fā)光二極管電流。圖三為典型的電荷幫浦解決方案效率曲線；當(dāng)轉(zhuǎn)換器操作在“低壓降線性調(diào)節(jié)器（LDO）模式”下且增益為1、輸入電壓在4.23.6伏特之間時(shí)，效率可保持在75以上。在低壓降線性調(diào)節(jié)器模式中，電荷幫浦之動(dòng)作與低壓降線性調(diào)節(jié)器一樣，輸入電壓都被向下調(diào)整到發(fā)光二極管的典型順向電壓3.1V3.5V。另一個(gè)低壓降線性調(diào)節(jié)器模式的好處是元件內(nèi)部未進(jìn)行切換，故可避免電磁干擾的問(wèn)題。圖三：內(nèi)部轉(zhuǎn)換器增益切換所造成的效率步階變化。然而，當(dāng)增益為1.5、驅(qū)動(dòng)由低壓降線性調(diào)節(jié)器模式轉(zhuǎn)換到升壓模式時(shí)，效率會(huì)急劇下滑，此現(xiàn)象主要取決于驅(qū)動(dòng)IC中的內(nèi)部壓降及發(fā)光二極管順向電壓。在升壓模式中，元件

4、內(nèi)部會(huì)進(jìn)行切換，并產(chǎn)生比輸入電壓高1.5倍的內(nèi)部電壓，此內(nèi)部電壓需要調(diào)降到與發(fā)光二極管順向電壓相同，效率也因此降低?？偨Y(jié)來(lái)說(shuō)，在低壓降線性調(diào)節(jié)器模式下操作時(shí)，電荷幫浦的效率非常的高。圖四：整合型同步升壓轉(zhuǎn)換器效率曲線圖。相對(duì)于電荷幫浦解決方案而言，如圖四所示，使用TPS61062的升壓式轉(zhuǎn)換器在整個(gè)鋰電池操作電壓的范圍中其效率均可介于75到80間。有些升壓式轉(zhuǎn)換器解決方案，如搭配外部整流二極管的TPS61042，甚至可以達(dá)到85的效率。由于輸入輸出轉(zhuǎn)換比率較低，因此當(dāng)驅(qū)動(dòng)少于5個(gè)發(fā)光二極管時(shí)，效率甚至還可以提高。整體來(lái)說(shuō)，升壓式轉(zhuǎn)換器通?？蛇_(dá)到比電荷幫浦解決方案較高的效率，特別是在驅(qū)動(dòng)4個(gè)及4

5、個(gè)以上的發(fā)光二極管時(shí)。電荷幫浦vs.升壓式轉(zhuǎn)換器之解決方案體積電荷幫浦解決方案在過(guò)去向來(lái)是應(yīng)用主流，主要是因?yàn)樯龎菏睫D(zhuǎn)換器運(yùn)用了龐大的電感與外部的蕭基二極管。由于最新的發(fā)展及高度的整合水平，升壓式轉(zhuǎn)換器解決方案已達(dá)到與電荷幫浦解決方案相近的體積。電荷幫浦驅(qū)動(dòng)需要更多的接腳、更大的元件包裝以及兩個(gè)外部的飛馳電容（flying capacitor），因此電荷幫浦解決方案的體積與升壓式轉(zhuǎn)換器相去不遠(yuǎn)，甚至更大。將升壓式轉(zhuǎn)換器的切換頻率增加到1MHz，就可以使用較小的電感和輸入輸出電容。TPS61062的內(nèi)部控制循環(huán)被進(jìn)一步設(shè)計(jì)成在正常操作下，電感電流不會(huì)達(dá)到切換電流的最大限制。這讓小電感的的最大電流

6、量只要符合電感電流峰值即可。舉例來(lái)說(shuō)，在驅(qū)動(dòng)4個(gè)發(fā)光二極管時(shí)，使用一個(gè)飽和電流為200mA的電感就足夠了。若沒(méi)有這個(gè)特殊的內(nèi)部循環(huán)設(shè)計(jì)，電感飽和電流就得達(dá)到400mA，而需要更大的電感體積與鐵心。電荷幫浦vs.升壓式轉(zhuǎn)換器之元件高度當(dāng)元件高度小于1mm時(shí)，電感與元件相較就顯得大了。所以當(dāng)元件高度必須小于1mm時(shí)，建議采用電荷幫浦解決方案。電荷幫浦vs.升壓式轉(zhuǎn)換器之電磁干擾考量本節(jié)只會(huì)提及國(guó)際電磁兼容的規(guī)范之一，而不會(huì)深入討論如何符合如CE等任一個(gè)國(guó)際電磁兼容的規(guī)范。本節(jié)主要焦點(diǎn)著重于無(wú)線系統(tǒng)中切換式轉(zhuǎn)換器元件切換時(shí)所產(chǎn)生的各種無(wú)線射頻失真。在無(wú)線應(yīng)用中，電磁干擾向來(lái)是主要考量，以避免發(fā)送與接

7、收時(shí)的頻帶失真。令人驚訝的是，在考慮電磁干擾方面一般趨勢(shì)仍然傾向于采用電荷幫浦解決方案；其原因之可能是對(duì)升壓式轉(zhuǎn)換器需要電感的恐懼。一般而言電磁輻射較不易構(gòu)成干擾，因?yàn)樵诙鄶?shù)的無(wú)線射頻應(yīng)用場(chǎng)合中射頻敏感電路周?chē)鶗?huì)加裝遮蔽電感（shiELded inductor）以及電磁屏蔽。因此，電感性升壓式轉(zhuǎn)換器造成電磁干擾最有可能的真正原因，是輸入輸出電壓濾波不足，或不適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒宀季€所造成的。不適當(dāng)?shù)挠∷㈦娐钒宀季€和元件配置是造成升壓式轉(zhuǎn)換器的電磁干擾和穩(wěn)定度問(wèn)題的主因之。在由鋰電池驅(qū)動(dòng)的無(wú)線系統(tǒng)中，白光發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)級(jí)會(huì)將切換雜訊經(jīng)由其輸入，耦合到無(wú)線射頻系統(tǒng)中。由于含有脈波的白光發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)

8、器輸入電流直接連接到電池端，且由電池供應(yīng)無(wú)線射頻區(qū)塊電力，因此切換雜訊會(huì)經(jīng)由電池端由白光發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)級(jí)，耦合到無(wú)線射頻電路的輸入，并造成嚴(yán)重的干擾。我們藉由比較升壓式轉(zhuǎn)換器和電荷幫浦解決方案的輸入電壓漣波，來(lái)判斷在哪里一種解決方案較適合解決傳導(dǎo)性電磁干擾。用頻譜分析儀去觀察輸入端是評(píng)估的方法之一。在固定的切換頻率下操作元件，頻率頻譜可顯示出切換頻率的基波與它的諧波。圖五為使用標(biāo)準(zhǔn)1Mz輸入電容的升壓式轉(zhuǎn)換器TPS61062之輸入端之頻譜分析儀量測(cè)結(jié)果。圖五：在1MHz切換頻率下升壓式轉(zhuǎn)換器之輸入端頻率頻譜。圖五顯示在1Mz下的基波和它在更高切換頻率的諧波大小。為了使無(wú)線射頻區(qū)段的干擾減到最小

9、，基波和它諧波的頻率必須盡量提高，同時(shí)振幅必須越低越好。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)換器的切換頻率會(huì)跟發(fā)射端的載波頻率混雜，造成載波頻率出現(xiàn)旁帶（sideband）。此旁帶出現(xiàn)在傳送端的輸出頻譜上正好是低于一個(gè)切換頻率而高于傳送頻率的地方。切換頻率越低，旁帶就越靠近傳送頻率，也會(huì)降低傳送端的訊雜比。切換頻率越高，旁帶則越遠(yuǎn)離傳送頻率，而提高傳送端的訊雜比。同理可證，當(dāng)轉(zhuǎn)換器切換頻率基波的振幅越低，訊號(hào)的訊雜比也就相對(duì)越高。因此將轉(zhuǎn)換器切換頻率固定在1MHz和1MHz以上，即可適用于大部分的應(yīng)用場(chǎng)合。我們用示波器量測(cè)輸入電壓漣波，而非單單觀察輸入端頻率頻譜，圖六和圖七分別為升壓式轉(zhuǎn)換器和電荷幫浦解決方案的圖形。圖

10、六：升壓式轉(zhuǎn)換器呈現(xiàn)峰對(duì)峰值為32mV的輸入電壓漣波。圖六中的CH1為切換節(jié)點(diǎn)的波形，CH2則為輸入電壓漣波。在輸入電容為1F的情形下，輸入電壓漣波的峰對(duì)峰值為32mV。圖七為相對(duì)應(yīng)的電荷幫浦解決方案輸入電壓漣波波形，同樣的也是使用1F的輸入電容并且驅(qū)動(dòng)5個(gè)發(fā)光二極管。圖七：電荷幫浦法轉(zhuǎn)換器呈現(xiàn)峰對(duì)峰值為68mV的漣波在相同設(shè)定下，電荷幫浦解決方案的輸入電壓漣波是升壓式轉(zhuǎn)換器解決方案的兩倍，這是因?yàn)殡姾蓭推纸鉀Q方案在增益為1.5時(shí)會(huì)產(chǎn)生幾乎為方波的輸入電流。此外，對(duì)輸入濾波器來(lái)說(shuō)，電荷幫浦法只有輸入電容；升壓式轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器則同時(shí)具備有電感和輸入電容，此濾波器效果較佳，電壓漣波也較小。對(duì)升壓式轉(zhuǎn)換器和電荷幫浦解決方案而言，若要更進(jìn)一步的減少電壓漣波，最有效率的方法就是增大輸入電容的值。針對(duì)非常敏感的應(yīng)用，則可以考慮外加LC輸入濾波器，用一個(gè)小的鐵粉心粒（ferrite beads）來(lái)抗雜訊。結(jié)論無(wú)論是電荷幫浦解決方案或升壓式轉(zhuǎn)換器解決方案都無(wú)法適用于所有的應(yīng)用。解決方案的選擇必須由特定的應(yīng)用場(chǎng)合需求和關(guān)鍵的參數(shù)來(lái)決定。此