浅谈白光LED电源的设计技巧

随着便携式显示器（例如手机，PDA和超小型PC）中彩色显示器的广泛采用，对于单色LCD照明，需要白色背光或侧光。

与常用的冷阴极荧光灯（CCFL）背光相比，白光LED功耗更低，所需空间更小，因此，它们似乎是背光应用的不错选择。

白光LED的典型正向电压在3V至5V之间。

由于为白色LED供电的最佳选择是使用恒流电源，并且锂离子电池的输入电压范围低于或等于LED的正向电压，因此需要一种新的电源解决方案。

主要功率要求包括高效率，小的解决方案尺寸以及调节LED亮度的可能性。

对于具有无线功能的便携式系统，可接受的EMI性能已成为我们关注的另一个重点。

当效率是我们选择电源时最关心的标准时，升压转换器是一个有吸引力的解决方案，其他常见的解决方案是使用电荷泵转换器。

在本文中，我们分别讨论了两种驱动白光LED的解决方案，并讨论了它们与主要功率要求之间的关系。

另一个非常重要的设计考虑因素是调节LED亮度的控制方法。

亮度不仅会影响整个转换器的效率，而且还会发生白色LED的色度转换。

下面将介绍一个简单的解决方案，该解决方案使用PWM信号来控制其亮度。

与其他标准解决方案相比，该解决方案的另一个优点是效率更高。

任务一旦为白光LED选择了电源，对便携式系统的主要要求是效率，整体解决方案尺寸，解决方案成本以及最后但非常重要的电磁干扰（EMI）性能。

根据便携式系统的不同，对这些要求的重点也不相同。

效率通常是关键设计参数中最重要或次要的考虑因素，因此在选择电源时应仔细考虑这一因素。

图1显示了白色LED电源的基本电路。

图1出色的效率需要可变的转换增益M锂离子（Li-Ion）电池的电压范围在2.7V至4.2V之间。

电源的主要任务是为白色LED提供恒定电流和3.5V的典型正向电压。

与电荷泵解决方案相比，升压转换器可以实现更高的效率一般而言，有两种用于驱动白光LED的电源拓扑：电荷泵或开关电容器解决方案和升压转换器。

两种解决方案都可以提供更高的输出和输入电压。

两者之间的主要区别是转换增益M = Vout / Vin，这将直接影响效率。

通常来说，电荷泵解决方案的转换增益是固定的。

固定转换增益为2的简单电荷泵解决方案通常会产生比LED正向电压高得多的电压，如公式（1）所示。

如等式（2）所示，它将带来仅47％的效率。

其中Vchrgpump是电荷泵IC内部产生的电压，而VBat是锂离子电池的典型电池电压。

电荷泵需要提供恒定电流和等于LED典型正向电压3.5V的输出电压。

通常，具有固定转换增益2的电荷泵会在内部产生较高的电压（1），这会导致内部电压下降并降低整体系统效率（2）。

更先进的电荷泵解决方案通过在1.5和1的转换增益之间切换来克服此缺点。

这样，当电池电压略高于LED电压时，它可以在90％到95％的效率水平之间工作，从而允许使用增益值为1的转换增益。

等式（3）和（ 4）显示出这种性能改进：当电池电压进一步降低时，电荷泵需要切换至1.5增益，从而效率降至60％〜70％，如示例（5）和6）所示。

图2电荷泵解决方案的效率变化。

转换增益为2的真正倍压电荷泵具有非常低的效率（低至40％），并且对便携式设备吸引力不大。

它具有综合的转换增益（增益电荷泵1.0和1.5），显示出更好的结果。

这种电荷泵的下一个问题是从增益M = 1.0到M = 1.5的转换点的转换。

这是因为在发生增益转换后效率将下降到60％。

当效率下降（转换）发生在大多数情况下电池可以正常工作的情况下，