新一代便攜式設備的關鍵電源電路設計考慮

　　為背光用白光LED供電
　　
　　背光的功耗非常高，這會影響便攜式設備電池的使用壽命。顯示器背光照明最常見的是采用3~6個白光LED陣列，通常這些白光LED由20mA左右的電流來驅(qū)動以實現(xiàn)優(yōu)化的亮度和顏色。為背光用白光LED供電主要面臨兩個挑戰(zhàn)：1. 如何實現(xiàn)各個LED間亮度一致；2. 在保持高效率的同時優(yōu)化調(diào)光功能。
　　
　　解決第一個設計挑戰(zhàn)要求LED驅(qū)動器提供相同的驅(qū)動電流。通過串聯(lián)這些LED可以輕松實現(xiàn)流經(jīng)每個LED的電流相同。驅(qū)動LED有兩種主要的拓撲結構，即開關電容/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MOSFET，所以只有驅(qū)動高達200mA電流的應用才具有成本效益；當輸出電壓與輸入電壓本質(zhì)上不相關時，其效率相對較低。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現(xiàn)相同的驅(qū)動電流。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10倍，因此它隨時可以驅(qū)動6個串聯(lián)LED，并實現(xiàn)超過85%的效率。但是，電感升壓轉(zhuǎn)換器需要相對較大的電感且存在電磁干擾(EMI)方面的設計挑戰(zhàn)。

　　
　　圖2：小型電感和大型電感的輸出電壓瞬態(tài)響應曲線。
　　
　　解決第二個系統(tǒng)設計挑戰(zhàn)是要提供許多便攜式設備所需要的適合的調(diào)光功能。主要的調(diào)光技術有PWM調(diào)光、模擬調(diào)光和數(shù)字調(diào)光三種。
　　
　　PWM調(diào)光利用一個低頻數(shù)字PWM信號來反復開關白光LED驅(qū)動器，通過調(diào)整PWM信號的脈沖寬度就可以實現(xiàn)LED調(diào)光功能。PWM調(diào)光的主要優(yōu)點在于能夠高效率地提供高質(zhì)量白光。在手機系統(tǒng)中可用一個I/O端口生成PWM信號以啟動或關閉白光LED驅(qū)動器。

　　
　　圖3：(a) 典型的白光LED驅(qū)動器的調(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)光頻率可能會產(chǎn)生聽得見的噪聲。為避免這種噪聲，白光LED驅(qū)動器所提供的調(diào)光頻率應超過聽得見的噪聲的頻率范圍。圖3(a)和圖4給出了典型的應用電路及其開關波形。

　　
　　圖4：圖3(a)電路的PWM調(diào)光開關波形。
　　
　　模擬調(diào)光是對參考電壓進行調(diào)節(jié)，參考電壓決定了流經(jīng)LED的電流。PWM信號隨同低通濾波器被用來設置調(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現(xiàn)調(diào)光。這種方法的一個缺點是深度調(diào)光的效率較低，這將縮短電池運行時間。該方法的另一個主要挑戰(zhàn)是發(fā)光質(zhì)量，由于LED驅(qū)動電流很低，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)和單個線路接口。通過對到達驅(qū)動器的數(shù)字信號進編程，可以根據(jù)應用需要動態(tài)調(diào)節(jié)白光LED亮度。TPS61060支持數(shù)字調(diào)光功能，可降低處理器功耗并延長電池使用壽命。