| 一、引言
近来，随着无线通讯产品的发展，彩色LCD显示屏逐步引入手机和PDA等产品，白光LED为这种应用提供了完美的背光方案。然而，由于单节Li+电池的典型电压为3.6V，最高电压为4.2V，而白光LED在20mA电流时，其正向电压典型值为3.5V，最大值为4V，因此单节Li+电池不能直接驱动白光LED。因此，许多手机和PDA厂家一直在寻找经济、高效的白光LED升压背光电源解决方案。
本文提供了几种为3个白光LED供电的方案，分别采用电荷泵结构和DC-DC升压结构两种方案。
二、MAX684 电荷泵解决方案
图1 给出了能为3个白光LED提供15mA电流的电荷泵电源方案，电荷泵电源MAX684从2.7～4.2V的输入电压范围产生5V电压，它仅需要一个电阻和3个外部电容，毋须电感。如需驱动更多的LED，可选择MAX683或MAX682，它们可分别提供100mA和250mA输出电流。因此MAX682能同时驱动多达16个并联的白光LED。为了控制LED的亮度，可在关断控制端输入一个低频PWM信号（推荐200～300Hz信号）。
MAX684的开关频率和外部电阻REXT利用下列公式确定：
REXT (kΩ) = 45000 (Vin - 0.69V)/fOSC (kHz)
fOSC (kHz) = 45000 (Vin - 0.69V)/ REXT (kΩ)
如果REXT选取150kΩ，则开关频率在4.2V输入电压时为：1.053MHz, 3.6V输入电压时则变为873kHz。
电荷泵电源是一种低成本解决方案，它不需要外接电感，然而，这些是以牺牲转换效率为代价的。假定我们需要以5V电压驱动3个并联的LED，则输出功率为：
Pout = 5V × 15mA × 3 = 0.225W
该电荷泵电源的转换效率按下列公式计算：
E（效率）= Pout/Pin = Vout×Iout/(2×Vin× Iout + Iq×Vin)≈Vout/(2Vin)
其中：Iq: 为IC静态电流
例如，当Vin=3.6V，Vout=5V时，效率低于69.4%;当Vin=4.2V，Vout=5V，效率低于59.5%。如果驱动3个LED，需要的输入功率为：
Pin=Pout/E=5V×15mA×3/0.694=324mW （Vin=3.6V）
Pin=Pout/E=5V×15mA×3/0.595=378mW （Vin=4.2V）
因此，随着输入电压升高、效率下降，需要更多的输入功率。
三、MAX1848 DC-DC升压转换器解决方案
图2 描述了DC-DC升压转换器——MAX1848为3个白光LED供电方案。MAX1848/49采用恒流方式驱动2～3个白光LED，适合手机、PDA等便携式产品。该升压转换器包括一个高电压、低导通电阻的N-MOSFET开关，可以取得较高的转换效率，最大限度延长电池寿命。模拟电压双模式输入端为亮度调节及开/关控制提供了简便的途径，该输入端也可以通过输入PWM波形、外加一个RC滤波器实现控制。高速1.2MHz的电流模式PWM控制技术使得控制器外部可以采用很小的输入/输出电容器和小型电感器，并将输入电源纹波降至最小。可编程软启动功能消除了启动期间的输入浪涌电流。MAX1848/49具有节省体积的SOT23（MAX1848）或超小型UCSP封装。
图2电路中MAX1848外部需要一个小型电感、一个二极管、一个检流电阻和3个电容。该方案的总成本比MAX684电荷泵方案稍高，但它的转换效率却高得多。当驱动3个串联的白光LED时，需要的输出功率为：
Pout=3.1V×3×15 mA=139.5 mW
MAX1848的转换效率为：
E（效率） = Pout/ (Pout + PMAX1848 + PD1)
其中：PMAX1848 是在MAX1848消耗的功率
PD1是在肖特基二极管D1上消耗的功率
下表所列数据是利用MAX1848评估板测量得到的实际数据，从表中数据可以看出：采用MAX1848方案比电荷泵电源MAX684效率高出15%～25%，具体数据与输入电压有关。
表 MAX1848与MAX684用于3个白光LED驱动性能比较
| | Vin | Iin | Vout | Iout | E(效率) | | 图2 | 3.6V | 45.53mA | 9.32V | 15mA | 85.29% | | 图1 | 3.6V | 90mA | 5V | 45mA | 69.4% | | 图2 | 3.6V | 30.17mA | 9.11V | 10mA | 83.88% | | 图1 | 3.6V | 60mA | 5V | 30mA | 69.4% | | 图2 | 4.2V | 38.98mA | 9.32V | 15mA | 85.39% | | 图1 | 4.2V | 90mA | 5V | 45mA | 59.52% | | 图2 | 4.2V | 60mA | 5V | 30mA | 59.52% |
因此，3.6V输入电压时，采用MAX1848方案需要的输入功率为：
Pin = 9.32V×15mA/ 0.8529 =164 mW
4.2V输入电压时，采用MAX1848方案需要的输入功率为：
Pin = 9.32V×15mA/ 0.8539 = 163.7mW
四、总结
MAX684电荷泵供电方案要求较少外部元件、成本也较低;而MAX1848电感升压方案需要的输入功率低得多，最大限度延长了电池寿命。后者的电路结构允许LED采用串联结构，保证所有LED的电流相同、亮度相同，同时还消除了并联结构中的限流电阻。MAX1848还有一个重要特性 —— 输出过压保护，避免了由于偶然因素，LED未被连接时，输出电压过高导致的损坏。MAX1848方案同样适合于其他采用小型彩色LCD显示屏的便携式产品。
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