新一代便攜式設備的關鍵電源電路設計考慮

　　為背光用白光LED供電
　　
　　背光的功耗非常高，這會影響便攜式設備電池的使用壽命。顯示器背光照明最常見的是采用3~6個白光LED陣列，通常這些白光LED由20mA左右的電流來驅動以實現優化的亮度和顏色。為背光用白光LED供電主要面臨兩個挑戰：1. 如何實現各個LED間亮度一致；2. 在保持高效率的同時優化調光功能。
　　
　　解決第一個設計挑戰要求LED驅動器提供相同的驅動電流。通過串聯這些LED可以輕松實現流經每個LED的電流相同。驅動LED有兩種主要的拓撲結構，即開關電容/電荷泵和升壓轉換器。電荷泵采用電容器將電能傳輸至輸出端，解決方案總體尺寸非常小。由于電荷泵必須要集成至少4個MOSFET，所以只有驅動高達200mA電流的應用才具有成本效益；當輸出電壓與輸入電壓本質上不相關時，其效率相對較低。由于電荷泵的升壓能力有限，所以通常LED是并聯連接，這就需要精確鏡像電流以實現相同的驅動電流。電感升壓轉換器利用電感器將電能傳輸至輸出端，輸出電壓增益可達10倍，因此它隨時可以驅動6個串聯LED，并實現超過85%的效率。但是，電感升壓轉換器需要相對較大的電感且存在電磁干擾(EMI)方面的設計挑戰。

　　
　　圖2：小型電感和大型電感的輸出電壓瞬態響應曲線。
　　
　　解決第二個系統設計挑戰是要提供許多便攜式設備所需要的適合的調光功能。主要的調光技術有PWM調光、模擬調光和數字調光三種。
　　
　　PWM調光利用一個低頻數字PWM信號來反復開關白光LED驅動器，通過調整PWM信號的脈沖寬度就可以實現LED調光功能。PWM調光的主要優點在于能夠高效率地提供高質量白光。在手機系統中可用一個I/O端口生成PWM信號以啟動或關閉白光LED驅動器。

　　
　　圖3：(a) 典型的白光LED驅動器的調光模式；(b) H橋接降壓/升壓轉換器電路。
　　
　　然而，利用200Hz~20kHz的低調光頻率可能會產生聽得見的噪聲。為避免這種噪聲，白光LED驅動器所提供的調光頻率應超過聽得見的噪聲的頻率范圍。圖3(a)和圖4給出了典型的應用電路及其開關波形。

　　
　　圖4：圖3(a)電路的PWM調光開關波形。
　　
　　模擬調光是對參考電壓進行調節，參考電壓決定了流經LED的電流。PWM信號隨同低通濾波器被用來設置調光閾值。類似地，調節占空比將最終改變平均參考電壓以實現調光。這種方法的一個缺點是深度調光的效率較低，這將縮短電池運行時間。該方法的另一個主要挑戰是發光質量，由于LED驅動電流很低，所以LED的發光質量非常差，且發出的光也與自然界的白光不同。
　　
　　最后一種調光方法是數字調光。數字調光要求專用數字接口(如I2C)和單個線路接口。通過對到達驅動器的數字信號進編程，可以根據應用需要動態調節白光LED亮度。TPS61060支持數字調光功能，可降低處理器功耗并延長電池使用壽命。