電容式電荷泵

　　電荷泵利用電容來存儲能量，可以把輸入電壓提升到1、1.5或 2倍。通過一個開關陣列和一個時鐘，電容可以交替性地進行并聯充電和串聯放電，從而提高輸出電壓。圖2可以很好地解釋這一原理。

圖2

　　該調節器的最大輸出電壓取決于電容的數量和分配給充電及放電的時間。飛兆半導體的FAN5607使用了兩個電容，有1×、1.5×和2×三種模式。在2.4V 到 5.5V的輸入電壓范圍上，該器件能夠為4個白光LED的每一個提供高達30mA的電流。

　　LED拓撲

　　利用感應式升壓轉換器，LED能夠被串聯驅動或并聯驅動。串聯陣列可確保通過所有LED 的電流都相同，從而保證相同的光強度。這種方案的缺點是，驅動器的輸出電壓必需等于或超過所有LED的正向電壓總和。在某些應用中，這就可能高達24V，于是需要采用擊穿電壓超過24V的硅工藝，這一般會增加器件的成本。其次，升壓轉換器的效率也隨輸出電壓的增加而受到影響。表1所示為讓4個白光LED產生相同的光量，三種不同拓撲所需功率之比較。如果對效率的要求比較高，串聯拓撲并不是好的選擇。

　　盡管轉換器不需要把電壓提升到太高（如3.3V）就可驅動并聯陣列，但并聯拓撲需要對每一個LED進行電流調節。由于LED的光強度隨電流而變化，所有LED中的電流需要匹配，以保持每一個LED的光強度穩定。這增加了系統的復雜性和成本。并聯拓撲的優勢在于效率高，從表1數據可看出，FAN5608在并聯模式下的的效率比串聯模式下略高。

　　電荷泵主要用于驅動并聯陣列，因為輸出電壓與充電電容的數量有關。電荷泵有一些優點，它們一般只需要較小的板空間，因為電容可以小至0402封裝大小。這是一個很顯著的優勢，尤其是在終端產品為便攜式設備時。對便攜式無線電產品而言，還有一個好處是產生的EMI更少。即使使用屏蔽電感，感應式升壓調節器產生的EMI噪聲也超過了普通電荷泵的。這可是手機等便攜式接收器的一個重要考慮事項。FAN5607產生的EMI噪聲極少，這使它非常適合于驅動手機顯示屏中的白光LED。不過，若對板空間和EMI的要求都不太嚴苛的話，電荷泵可能就不是適當的解決方案。因為，對這種方案來說，要減小尺寸，就得犧牲效率。電荷泵不是最高效的升壓調節器，故在計算電池功耗時，必須考慮到這種影響。

　　調光方法

　　調光有利于改變照明光強度以實現功耗目標或美學價值。LED調光有兩種常用方法。第一種是簡單地調節電流，電流的微小變化引起LED強度的微小變化，這個過程非常易于控制。第二種方法是利用脈沖寬度調制時鐘來改變LED的ON占空比，通過LED的平均電流隨占空比的減小而降低。這種方法的主要考慮事項是時鐘頻率，必須足夠高至感覺不到閃爍。一般需要達到1kHz或更高。線性調節和脈沖寬度調制都對白光LED的顏色有影響，但作用相反。

　　絕大多數白光LED都只是帶磷光質涂層的藍光LED而已。磷光質中的電子被短波長光激發，發出白光。白光LED的顏光或色度將隨光振幅、峰值波長或頻譜形狀的變化而變化。而上述因素又將隨結溫變化而變化。采用線性電流調節的調光方法會讓白光LED偏黃色，因為磷光質在電流減小時更有效。采用脈沖寬度調制的調光方法則會使LED偏藍色，因為磷光質作用變小。這種影響緣于峰值波長向更短的波長移動。

　　FAN5607 和 FAN5608都考慮到了上述任一種調光方法的實現。這兩款器件都帶有可變模擬輸入，可線性調節電流。兩款器件都能夠產生脈沖來導通或關斷輸出。 理想的調光方法是結合上述兩種方法，把色差減至最小。

　　結語

　　LED是高效的便攜式設備顯示屏照明方法。由于它們采用半導體技術，故需要獨特的調節手段。電荷泵和感應式升壓調節器可提供最好的電源解決方案，不過它們各有其優勢，應該針對特定應用具體考慮。效率、最小EMI輻射、更小尺寸的重要性都表明必需選用適當的驅動器。另一個重要因素是調光方法。脈沖寬度調制和線性調節的結合可提供穩定的調光方法，同時盡可能地減少色差。確保LED提供恒定光不是什么挑戰，但解決方案應該針對相關應用量身定做，以最大限度地發揮其優勢。