隨著彩色顯示屏在便攜市場（如手機、PDA 以及超小型 PC）中的廣泛采用，對于一個單色 LCD 照明而言，就需要一個白色背光或側光。與常用的冷陰極熒光照明 （CCFL） 背光相比，由于白光 LED 的功耗更低且要求更小的空間，所以其看起來是背光應用不錯的選擇。白光 LED 的典型正向電壓介于 3V～5V 之間。由于為白光 LED 供電的最佳選擇是選用一個恒流電源，且鋰離子電池的輸入電壓范圍低于或等于 LED 正向電壓，因此就需要一款新型電源解決方案。

　　主要的電源要求包括高效率、小型的解決方案尺寸以及調節 LED 亮度的可能性。對于具有無線功能的便攜式系統而言，可接受的 EMI 性能成為我們關注的另一個焦點。當高效率為我們選擇電源最為關心的標準時，升壓轉換器就是一款頗具吸引力的解決方案，而其他常見的解決方案是采用充電泵轉換器。在本文中，我們分別對用于驅動白光 LED 的兩款解決方案作了討論，并探討了他們與主要電源要求的關系。另外一個很重要的設計考慮因素是調節 LED 亮度的控制方法，其亮度不但會影響整個轉換器的效率，而且還有可能會出現白光 LED 的色度變換。下面將介紹一款使用一個 PWM 信號來控制其亮度的簡單的解決方案。與其他標準解決方案相比，該解決方案的另外一個優勢就是其更高的效率。

　　任務

　　一旦為白光 LED 選定了電源以后，對于一個便攜式系統來說，其主要的要求就是效率、整體解決方案尺寸、解決方案成本以及最后一項但非常重要的電磁干擾 （EMI） 性能。根據便攜式系統的不同，對這些要求的強調程度也不盡相同。效率通常是關鍵的設計參數中最重要或次重要的考慮因素，因此在選擇電源時，要認真考慮這一因素。圖 1 示顯示了白光 LED 電源的基本電路。

　　圖 1 一個優異的效率需要一個可變轉換增益 M

　　該鋰離子 （Li-Ion） 電池具有一個介于 2.7V～4.2V 的電壓范圍。該電源的主要任務是為白光 LED 提供一個恒定的電流和一個典型的 3.5V 正向電壓。

　　與充電泵解決方案相比，升壓轉換器可實現更高的效率

　　一般來說，用于驅動白光 LED 的電源拓撲結構有兩種：即充電泵或開關電容解決方案和升壓轉換器。這兩款解決方案均可提供較高的輸出和輸入電壓。二者主要的不同之處在于轉換增益 M=Vout/Vin，該增益將直接影響效率；而通常來說，充電泵解決方案的轉換增益是固定不變的。一款固定轉換增益為 2 的簡單充電泵解決方案通常會產生比 LED 正向電壓高很多的電壓，如方程式 （1） 所示。其將帶來僅為 47% 的效率，如方程式 （2） 所示。

　　式中 Vchrgpump 為充電泵 IC 內部產生的電壓，VBat 為鋰離子電池的典型電池電壓。充電泵需要提供一個恒定的電流以及相當于 LED 3.5V 典型正向電壓的輸出電壓。通常，固定轉換增益為 2 的充電泵會在內部產生一個更高的電壓 （1），從而引起內部壓降，并降低整體系統效率 （2）。更為高級的充電泵解決方案通過在 1.5 和 1 轉換增益之間進行轉換克服了這一缺點。這樣就可以在電池電壓稍微高于 LED 電壓時實現在 90%～95% 效率級別之間運行，從而充許使用增益值為 1 的轉換增益。方程式 （3） 和方程式 （4） 顯示了這一性能改進：

　　當電池電壓進一步降低時，充電泵就需要轉換到 1.5 增益，從而使效率下降至 60%～70%，如示例 （5） 和 （6） 所示。

　　圖 2 充電泵解決方案的效率變化

　　轉換增益為 2 的真正的倍壓充電泵具有非常低的效率（低至 40%），且對便攜式設備沒有太大的吸引力；而具有組合轉換增益（增益為 1.0 和 1.5）的充電泵則顯示出了更好的效果。這樣一款充電泵接下來的問題就是從增益 M=1.0 向 M=1.5的轉換點轉換，這是因為發生增益轉換后效率將下降至 60% 的范圍。當電池可在大部分時間內正常運行的地方發生效率下降（轉換）時，整體效率會降低。因此，在接近 3.5V 的低電池電壓處發生轉換時就可以實現高效率。但是，該轉換點取決于 LED 正向電壓、LED 電流、充電泵 I2R 損耗以及電流感應電路所需的壓降。這些參數將把轉換點移至更高的電池電壓。因此，在具體的系統中必須要對這樣一款充電泵進行精心評估，以實現高效率數值。

　　計算得出的效率數值顯示了充電泵解決方案最佳的理論值。在現實生活中，根據電流控制方法的不同會發生更多的損耗，其對效率有非常大的影響。除了 I2R 損耗以外，該器件中的開關損耗和靜態損耗也將進一步降低該充電泵解決方案的效率。

　　通過使用一款感應升壓轉換器可以克服這些不足之處，該升壓轉換器具有一個可變轉換增益 M，如方程式 （7） 和圖 3 所示。

　　圖 3 升壓轉換器的可變轉換增益 M