白光LED驱动电路拓扑的选择

白光LED驱动电路拓扑有升压变换器或电荷泵两种电路拓扑可供选择，具体选择时要考虑两种解决方案的所有具体因素。不同的最终应用对白光LED驱动器的要求可能差别极大，这点非常重要。若用白光LED作为LCD背光源，组件高度可能是最重要的设计参数，而对于个入数字助理(PDA)显示器而言，最重要的设计参数则可能是效率问题。采用TPS60230电荷泵驱动白光LED的典型应用电路如图1所示。TPS60230由锂离子电池直接供电，其典型输入电压范围为3.0～4.2V，可同时为最多5个白光LED供电，每个白光LED的电流为20mA。

图1 TPS60230电荷泵驱动白光LED的典型应用电路

采用TPS61062升压变换器驱动白光LED的典型电路如图2所示。如图2所示的升压变换器是IC技术的最新开发成果之一。作为全面集成的同步升压变换器，它无须外接肖特基二极管就能够达到尺寸最小的目的，所需的外部组件数量最少。

1.电荷泵与升压变换器效率的比较

如图2与图3所示的解决方案，很难说哪一种解决方案就是一个高效的解决方案，这是因为整体效率取决于白光LED正向电压、锂离子电池放电特性及白光LED电流等具体应用参数等。基于电荷泵的解决方案的典型效率曲线如图2-58所示。当变换器工作在1倍压模式情况下时，增益为1，输入电压范围从4.2V降至3.6V不等，效率水平高于75%。在1倍压模式中，输入电压经稳压降至白光LED的正向电压，通常为3.1～3.5V。1倍压模式的另一优点是：开关器件不工作在开关状态，因此可以避免EMI问题。

图2 TPS6l062升压转换器驱动白光LED的典型电路

图3 电荷泵解决方案的典型效率曲线

但是，由于LED正向电压及驱动器IC内部电压下降的情况不同，在驱动器从1倍压模式转为升压模式(boost mode)而采用的增益为1.5倍压时，效率会大幅下降。在升压模式下，开关器件工作在开关状态，输出电压为输入电压的1.5倍，这需要对电压进行调节，以使电压降至白光LED所需正向电压的水平，这就降低了效率。因此，驱动器工作在1倍压模式下，其时间越长，电荷泵效率就越高。

与电荷泵解决方案不同，升压变换器TPS61062解决方案的典型效率曲线如图4所示。在锂离子电池的整个输入电压范围下，其效率均可达到75%～80%。某些升压变换器解决方案在使用外部校正二极管的情况下，其效率甚至高达85%。若TPS61042驱动白光LED少于5个，那么效率还会提高，因为输入到输出的电压转换比较低。总体说来，升压变换器的效率比电荷泵解决方案略高，特别在为4个以上白光LED供电时更是如此。

图4 升压转换器TPS61062解决方案的典型效率曲线

2.电荷泵与升压变换器占板面积的比较

过去，电荷泵解决方案是有明显的优势的，这主要是因为升压变换器采用了较大的电感器和外部肖特基二极管。随着最新技术的发展及更高的集成度，升压变换器的尺寸大小也达到了与电荷泵解决方案大致相当的水平。由于电荷泵驱动器所需的引脚数量较大，因此器件封装也相应较大，需要两个外部泵电容，在这种情况下，电荷泵解决方案的占板面积大小与升压变换器相当，甚至还要再大些。如果将升压变换器的开关频率上升至高达1MHz，就能使用小型的电感器和小容量的输出和输入电容。如TPS61062可用其内部控制回路来控制电感器电流，正常工作时电感器电流通常小于最大交换电流。这时就可采用较小的电感器，使其最大额定电流刚好达到电感器的最大峰值电流。如向4个白光LED供电时，采用饱和电流为200mA的电感器就足够了。如果没有特定的内部环路设计，电感器的饱和电流必须为400mA的额定值，这就要求更大的电感器，从而会占用更大的占板面积。

3.电荷泵与升压变换器组件高度的比较

当组件高度小于1mm的情况下，电感器会相当大。因此当需要组件高度必须小于1mm时，电荷泵解决方案是更好的选择。

4.电荷泵与升压变换器EMI的比较

在考虑到EMI问题时，应分析升压变换器的电感器带来的EMI问题。通常来说，可能的电磁辐射不会是大问题，因为RE敏感区周围的电感器是屏蔽的，故电感式升压变换器造成EMI问题的原因为：输入和输出电压滤波不足从而产生传导干扰，或印制电路板(PCB)布局或布线不理想而产生电磁干扰。

在锂离子电池供电的无线电子设各中，白光LED驱动器的开关噪声会进入RF系统，与白光LED驱动器的输入耦合。带有脉动输入电流的白光LED驱动器，其输入端直接连接至电池电极端。由于RE部分也由电池供电，因此白光LED驱动器输入端的开关噪声也存在于电

池连接处，同时也存在于RF电路的输入端，这就会导致严重的干扰。为了明确哪种白光LED驱动器解决方案在传导EMI方面的性能更好，应比较升压变换器与电荷泵解决方案的输入电压纹波。

一种*估解决方案的办法就是用频谱分析仪检查输入端，如果器件以固定的开关频率工作，那么频谱将显示基波的开关频率及其谐波。

开关频率为1MHz的升压变换器的输入频谱如图5所示，由图5可知谐波在更高的开关频率上。为了将RE部分的干扰降至最低，基波频率及其谐波应尽可能高，振幅则应保持较低。这是因为变换器的开关频率会与发射机的载频相混合，使边带也有载频。边带出现在发射机的输出频带中，刚好比发射机频率高或低一个开关频率。开关频率越低，边带离载频就越近，可降低发射机的信噪比;开关频率越高，边带离载频就越远，并加大发射机的信噪比。当然，变换器开关频率基波的振幅越低，信噪比就越高。正因为如此，固定的变换器开关频率等于及高于1MHz时，通常适合大多数应用的要求。