LCD背光驅動電荷泵的原理及應用 |資料

1引言
手機、無繩電話、對講機等便攜式通信產品都是使用電池作為電源，合理地使用電池，充分挖掘其潛力可提高使用效率、延長電池的壽命。手機的LCD彩屏需要高亮度的白光LED去點亮，白光LED需要穩定的5V工作電壓，如果工作電壓下降，則白光LED的亮度降低，色彩就不鮮明，LCD彩屏的顯示效果就不理想。白光LED不能直接由電池供電，因為電池一開始使用，電壓就遞減，影響顯示效果。所以在電路設計上需要使用一個升壓型的電荷泵，把遞降的電壓在一段較長的時間內穩定在5V。
2電荷泵的分類、工作原理及典型應用電路
2.1電荷泵分類
電荷泵可分為：
——開關式調整器升壓泵，如圖1(a)所示。
——無調整電容式電荷泵，如圖1(b)所示。
——可調整電容式電荷泵，如圖1(c)所示

2.2工作過程
3種電荷泵的工作過程均為：首先貯存能量，然后以受控方式釋放能量，以獲得所需的輸出電壓。開關式調整器升壓泵采用電感器來貯存能量，而電容式電荷泵采用電容器來貯存能量。
電容式電荷泵通過開關陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實現電壓提升，采用電容器來貯存能量。因工作于較高頻率，可使用小型陶瓷電容器(1μF)，占用空間最小，使用成本較低。電荷泵僅用外部電容器即可提供±2倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的等效串聯電阻（ESR)和內部開關晶體管的RDS（ON）。電荷泵轉換器不使用電感器，因此其輻射EMI可以忽略。輸入端噪聲可用一只小型電容器濾除。它的輸出電壓是工廠生產時精密預置的,可通過后端片上線性調整器調整，因此電荷泵在設計時可按需要增加電荷泵的開關級數，以便為后端調整器提供足夠的活動空間。電荷泵十分適用于便攜式應用產品的設計。電容式電荷泵的內部結構如圖2所示。它實際上是一個基準、比較、轉換和控制電路組成的系統。
2.3幾種不同的電荷泵的應用
圖3（a）、（b）、（c）為3種典型應用電路。
AAT3110輸出并聯穩壓供電，外圍元件少，走線簡單，轉換效率高。
AAT3110微功率升壓電荷泵是美國研諾邏輯科技有限公司（AATI）開發的微功率開關電容器電壓提升轉換器。它可以提供穩定的5V輸出電壓，應用時沒有其它升壓泵運作所必需的電感器，外圍只使用3個小的陶瓷電容器。它能輸出100mA電流，可以驅動4個～5個白色或藍色LED，以滿足彩色LCD背光的應用。
AAT3110的特點是靜態電流小，轉換效率高，負載能力大，是電池電源應用的理想器件。AAT3110工作在750kHz高頻升壓狀態，使用脈沖跳變技術，從變化的輸入電壓中提取一個穩定的輸出電壓。輸入電壓范圍為2.7V～5.5V，輸出穩定的5V電壓，轉換效率達90％以上，輸出紋波遠小于同類產品，ESD大于2kV，具有短路保護、過溫保護功能。AAT3110自身功耗甚微,僅為13μA，在停機狀態下電流小于1μA。AAT3110與其它公司同類產品相比輸出電流大、紋波小（如圖4示）、價格低，實際應用時可對并聯的LED供電（如圖5示），其走線少，使用方便，因而工藝成本低，外圍電路不使用電感器，無EMI輻射。