如何在白光LED應用中提升電池電壓

　　圖3U具有1倍和1.5倍增益的開關電容電路。

　　同樣的，電壓轉換在兩個階段內完成。在第一個階段，開關S1到S3關閉，而開關S4到S8打開。因此C1和C2并聯(lián)，假設C1等于C2，則充電到一半的輸入電壓U

　　輸出電容CHOLD提供輸出負載電流。隨著這個電容的放電，輸出電壓降低到期望的輸出電壓以下，第二個階段是被激活來將輸出電壓增高到這個值以上。在第二階段，C1和C2并聯(lián)，連接在VIN和VOUT之間。開關S4到S7關閉，而S1到S3和S8打開。因為電容兩端的電壓降并不能突變，輸出電壓跳變到輸入電壓值的1.5倍U

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

　　脈沖頻率調制（PFM）方案

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

　下調的輸出電壓通過PUMP/SKIP比較器與1.2V的電壓基準比較。PUMP/SKIP比較器輸出電壓在啟動時線性上升，提供軟啟動功能。當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提供輸出負載電流。隨著這個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到高于這個值。

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

　　總之，調壓電荷泵在一個寬的輸入范圍內不能維持高的效率，因為輸入-輸出電流比根據(jù)基本的電壓轉換進行調節(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致轉換器內額外的功耗，并且效率會成比例地降低。

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

　　在圖4中，輸入電壓被調節(jié)，并被饋入到三個比較器的正向結點。比較器的所有反向結點連接到輸出電壓。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換。然而，在白光LED應用中，選擇正確的增益G不僅僅根據(jù)輸入和輸出電壓。

　　圖5：這個開關電容器白光LED驅動器可用于四個LED

　　圖5是利用可適性電荷泵提升電壓的發(fā)光二極管驅動器，增益可達一及一點五倍。電荷泵的輸入端連接VIN接腳，而輸出端則連接VOUT接腳。 VOUT的電壓會通過調節(jié)，穩(wěn)定在VREG這個恒定的水平。對于采用共陽極配置的LED，每個LED的輸入電流都可利用內部電流源加以控制，其峰值驅動電流可通過外置電阻(RSET)加以設定。

　　這個計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

　　使用開關電容比基于電感的開關方法具有某些優(yōu)勢，其中一個明顯的優(yōu)勢就是消除了電感以及相關的電磁設計問題。開關電容轉換器通常具有相對低的噪音和最小的輻射EMI。此外，應用電路很簡單，只需要幾個小電容。因為在沒有電感的情況下，最后的PCB器件高度通常比同等的開關轉換器更小。