現(xiàn)今互聯(lián)網(wǎng)不僅是較流行的照片和視頻分享平臺(tái)，還是重要的社交網(wǎng)絡(luò)。因此，在蜂窩手持電話市場(chǎng)中，多媒體手持電話的市場(chǎng)占有率正超越以語音為主的手機(jī)。這使得手持電話的尺寸越來越大，而對(duì)手機(jī)彩色顯示屏分辨率得要求也隨之更高。這一切都導(dǎo)致系統(tǒng)需從電池提取更大的功率作為顯示屏的背光照明。此外，移動(dòng)手機(jī)對(duì)照明的要求和單純的顯示屏相比更高，原因在于手機(jī)已成為一種潮流產(chǎn)物，它可以反映出用戶的生活品味。基于這個(gè)原因，手機(jī)的燈光效果便需別出心裁，用于顯示和娛樂，但均需要消耗更多的電量。

 目前，發(fā)光二極管(LED)被廣泛應(yīng)用到電池供電應(yīng)用中的小型液晶顯示屏上，用以提供高質(zhì)量的照明。從LED發(fā)出的白光經(jīng)過偏光片到達(dá)LCD，在該處光線會(huì)被阻隔或衰減，然后傳送到RGB色彩濾光片以產(chǎn)生有顏色的光線。

 圖1表示一個(gè)背光LED驅(qū)動(dòng)器的系統(tǒng)框圖，其中包含有一個(gè)電感升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器和一個(gè)或更多的穩(wěn)壓式電流井(current sink)，每一個(gè)電流井均可驅(qū)動(dòng)一條帶有數(shù)個(gè)LED的燈串。此外，RGB的LED背光還需要一個(gè)以溫度為基礎(chǔ)的反饋控制，因此背光照明的成本比白光LED的更高。對(duì)于選擇合適的背光LED驅(qū)動(dòng)器，設(shè)計(jì)人員有三個(gè)問題必需考慮，分別是可用的電路板空間大小、系統(tǒng)要求的功能及所需功耗。

圖 1. 背光LED驅(qū)動(dòng)器。

縮小電感器的尺寸

在為電池供電應(yīng)用選擇合適的LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)，首先需要考慮的問題是電路板空間，即電路驅(qū)動(dòng)器與外部元件需要占用的面積(圖2)。

圖 2. 電感升壓LED驅(qū)動(dòng)器的PCB 布局實(shí)例。

 一個(gè)典型的電感升壓LED驅(qū)動(dòng)器解決方案大約占據(jù)30mm²的電路板面積。電感驅(qū)動(dòng)器一般需要兩個(gè)電容器，一個(gè)在輸入端，另一個(gè)在輸出端，它們的電感值應(yīng)介乎1mF~2.2mF，而尺寸則為0603及0805。除此之外，驅(qū)動(dòng)器還需要一個(gè)可處理峰值電感器電流及輸出電壓的整流部份。在一個(gè)同步升壓設(shè)計(jì)中，旁路PFET會(huì)被集成到電路內(nèi)。可是，這種集成設(shè)計(jì)通常會(huì)導(dǎo)致電路封裝的尺寸比異步解決方案的更大。同時(shí)，由于集成了高壓PFET開關(guān)或二極管的關(guān)系，導(dǎo)致功率轉(zhuǎn)換的效率下降約10%。相反，在一個(gè)異步拓?fù)渲校�用來旁路的部份只包含一個(gè)肖特基二極管。因此，LED驅(qū)動(dòng)器中較累贅的元件便是電感器，而它也是整個(gè)解決方案中較難以完成的元件。以下我們將解釋如何將電感升壓LED驅(qū)動(dòng)器中的電感器縮至較小。

 電感器是一個(gè)可將能量?jī)?chǔ)存在核心磁場(chǎng)的元件，它能夠?qū)��?chǔ)存起來的能量以既定速率及時(shí)間釋放。能量的存儲(chǔ)量越大，核心的尺寸便越大，即電感器的尺寸與其能量處理的能力成正比。

圖 3. LM3528電感升壓LED驅(qū)動(dòng)器。

 圖3所示為一個(gè)磁性升壓穩(wěn)壓器的運(yùn)作原理。當(dāng)NFET開關(guān)處于關(guān)閉時(shí)(黑色箭頭)，電感器電流i_L(t)便會(huì)從較低值I_A( t = t₀)向上爬升直至t = DT_S時(shí)的較高值I_PK，當(dāng)中T_S是轉(zhuǎn)換器的開關(guān)周期。在這段時(shí)間，肖特基二極管被逆向偏置而負(fù)載則由存儲(chǔ)在輸出電容器的能量支持。在這個(gè)階段的結(jié)尾，電感器的能量由以下公式表示：

該公式中I_PK是峰值電感器電流，它與峰值開關(guān)及二極管的電流相對(duì)應(yīng)。

當(dāng)t = DT_S時(shí)，NFET開關(guān)被關(guān)閉而存儲(chǔ)于電感器L內(nèi)的能量會(huì)通過肖特基二極管釋放到輸出電容器及負(fù)載(虛線箭頭)。之后，電感器電流會(huì)于t₂ -DT_S這段時(shí)間下降到原先的數(shù)值I_A。然而，輸出電壓必須大于輸入，假如這電壓關(guān)系不成立的話，電感器的能量便不能釋放到輸出網(wǎng)絡(luò)中。換句話說，當(dāng)NFET開關(guān)被關(guān)閉時(shí)，由于電流放電并不能同時(shí)間發(fā)生，因此通過電感器的電壓會(huì)被逆向，而逆向的磁性電壓會(huì)流到輸出電壓使其大于輸入電壓。當(dāng)驅(qū)動(dòng)一條10個(gè)LED的燈串時(shí)，所要求的供電電壓可以高至35V，而流經(jīng)電感器的電流I_PK則為：

當(dāng)中 I_L 是電感器電流的直流成份而?I_L 則是交流成份或電流紋波，其公式為：

當(dāng)中D 是NFET開關(guān)的占空比而f_S = 1/T_S 則為開關(guān)頻率。因此，儲(chǔ)存在電感器內(nèi)的能量可以看成是電感器電流紋波比率(r = ?I_L/I)的一個(gè)函數(shù)：

圖4.電感器能量

 如圖4所示，每一個(gè)開關(guān)周期T_S期間存儲(chǔ)在電感器磁場(chǎng)的能量會(huì)與電流紋波比率r成反比。由于電感器的尺寸與能量?jī)?chǔ)存量有關(guān)，因此r=1是一個(gè)較好的選擇，當(dāng)r > 1時(shí)，電感器的能量要求比r < 1的下降得較慢。

 為了確保電感器沒有飽和，我們需要根據(jù)較低的輸入電壓V_INMIN或較高的占空比D_MAX來選擇電感器。

 在r = 1、f_S = 600kHz、I_L =300mA、D_MAX = 0.90 及 V_INMIN = 3.3V的條件下，電感值的要求為：

LM3528是一個(gè)電流模式升壓轉(zhuǎn)換器，其開關(guān)頻率為1.3MHz。假如我們將上面公式的開關(guān)頻率f_S改為1.3MHz，而其他參數(shù)不變的話，電感器的數(shù)值便為：

 由于電感器電流的交流和直流成份沒有改變，所要求的能量值E = ½ x L x I_PK²。如此，電感器的尺寸便可縮小一半。一般而言，只需增大開關(guān)頻率，便可降低應(yīng)用對(duì)電感值的要求，從而將電感器的尺寸縮到較小。

優(yōu)化功耗

升壓LED驅(qū)動(dòng)器的功率損耗可分別來自NFET開關(guān)、二極管、電流井及電感器，這里只針對(duì)來自電感器與開關(guān)的損耗。一般來說，電感器的功率損耗主要由線圈的電阻所引起，而它同樣是決定電感器尺寸的主要因素，其關(guān)系為：

公式中的DCR 為線圈的直流電阻。

......  ......  ......  ......

LED的控制

現(xiàn)實(shí)中，用戶并不會(huì)無時(shí)無刻地使用手提設(shè)備的顯示屏。例如，當(dāng)用戶正用手提電話講話時(shí)，顯示屏?xí)�在短時(shí)間內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉，因此白光LED的編程對(duì)于控制顯示屏的照明極其重要。

照明的亮度可以通過改變LED電流(模擬控制)而直接控制，又或可間接地快速開關(guān)LED來營造視覺上的明暗效果(PWM控制)。現(xiàn)今，大部份的便攜設(shè)備都傾向采用模擬亮度控制方式，原因是背光控制器一般與LED驅(qū)動(dòng)器相隔一段距離，因此，在布線時(shí)會(huì)比較麻煩，因?yàn)閹в蠵WM信號(hào)的跡線如果太接近噪聲敏感的系統(tǒng)時(shí)，例如無線電收發(fā)器、揚(yáng)聲器或顯示屏，便會(huì)很容易發(fā)生問題。

再者，人眼對(duì)光的反應(yīng)會(huì)比較著重比率而非增量，即是倍數(shù)而非累加，而另一個(gè)說法是可把人眼當(dāng)作成一個(gè)對(duì)數(shù)式檢測(cè)器。當(dāng)眼睛以線性級(jí)分辨亮度時(shí)，光強(qiáng)度的變化便可以倍數(shù)級(jí)去計(jì)算。假如我要求您調(diào)節(jié)光線并以相等的級(jí)數(shù)作排列時(shí)，您可能會(huì)把亮度級(jí)編成10、20、40、80和160，又或是10、30、90、270、810，但絕不會(huì)是100、200、300、400或100、150、200、250。換句話說，每一個(gè)級(jí)都是前級(jí)乘以一個(gè)固定的常數(shù)。我們稱之對(duì)數(shù)方式，原因是數(shù)值的對(duì)數(shù)以相等的級(jí)數(shù)來編排。以剛才假設(shè)的級(jí)數(shù)10、20、40、80和160作例子，并以10作為對(duì)數(shù)的基數(shù)，那得出來的結(jié)果便是1.0、1.3、1.6、1.9及2.2。如此，當(dāng)您需要把真正的數(shù)值乘大一倍時(shí)，那便相當(dāng)于在其對(duì)數(shù)值加上0.3 (比較精準(zhǔn)是0.301)。一般來說，肉眼并不能辨別出少于±15%的亮度分別。

基于這個(gè)原因，LM3528包含一個(gè)I²C兼容接口，它能夠以128個(gè)指數(shù)式的調(diào)光級(jí)和600:1的調(diào)光比率來控制LED的電流，以實(shí)現(xiàn)真正覺察得到的線性亮度級(jí)別控制，并確保調(diào)光方式能讓顯示屏的開關(guān)看上去更加流暢。通過加入調(diào)光或關(guān)閉背光的功能，設(shè)計(jì)人員便擁有更大的靈活性并可延長(zhǎng)電池的工作時(shí)間。

個(gè)人移動(dòng)設(shè)備的照明需求一般比主顯示器的更大，如此一來，針對(duì)其他照明功能的輔助LED難免需要消耗更多的電池電量。例如，按鍵照明是手持設(shè)備的一個(gè)重要特性，它不需要像主顯示屏背光般要求高的LED電流精確度。至于LED提示燈則可告知用戶一系列的信息，包括充電、電量過低和接收短信等，或LED甚至可單單用作娛樂燈光應(yīng)用。配合額外的獨(dú)立LED輸出，LM3528能夠通過I²C兼容接口實(shí)現(xiàn)可編程的閃燈圖案。

較后，色域廣闊的應(yīng)用需同時(shí)使用紅、綠和藍(lán)三種顏色的LED。其中紅光LED是由InGaAlP制成，而藍(lán)和綠光LED是由InGaN制成。當(dāng)環(huán)境溫度出現(xiàn)變化時(shí)，紅光的主波長(zhǎng)將比藍(lán)和綠光產(chǎn)生更急劇的變化，因此需要加入某種形式的溫度補(bǔ)償反饋環(huán)路。圖7中的LP552