電荷泵和一般驅(qū)動器的區(qū)別

2009年03月17日 17:59:14人氣：1182來源：浙江LED電子信息顯示屏生產(chǎn)廠家

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(guān)式調(diào)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

電荷泵分為三種:

開關(guān)式調(diào)整器升壓泵

無調(diào)整電容式電荷泵

可調(diào)整電容式電荷泵

電容式電荷泵通過開關(guān)陣列和振蕩器、邏輯電路、比較控制器實現(xiàn)電壓提升，采用電容器來貯存能量。電荷泵是無須電感的，但需要外部電容器。由于工作于較高的頻率，因此可使用小型陶瓷電容1mF，使空間占用小，使用成本低。電荷泵僅用外部電容即可提供±2 倍的輸出電壓。其損耗主要來自電容器的 ESR等效串聯(lián)電阻和內(nèi)部開關(guān)晶體管的 RDSON。電荷泵轉(zhuǎn)換器不使用電感，因此其輻射 EMI可以忽略。輸入端噪聲可用一只小型電容濾除。它的輸出電壓是工廠生產(chǎn)精密預置的,調(diào)整能力是通過后端片上線性調(diào)整器實現(xiàn)的，因此電荷泵在設(shè)計時可按需要增加電荷泵的開關(guān)級數(shù)，以便為后端調(diào)整器提供足夠的活動空間。

電荷泵選用要點:

作為一個設(shè)計工程師選用電荷泵時必然會考慮以下幾個要素：
＊＊＊＊轉(zhuǎn)換效率要高
           無調(diào)整電容式電荷泵 90%
           可調(diào)整電容式電荷泵 85%
          開關(guān)式調(diào)整器 83%
＊＊＊＊   靜態(tài)電流要小，可以更省電；
＊＊＊＊   輸入電壓要低，盡可能利用電池的潛能；
＊＊＊＊   噪音要小，對手機的整體電路無干擾；
＊＊＊＊   功能集成度要高，提高單位面積的使用效率，使手機設(shè)計更小巧；
＊＊＊＊   足夠的輸出調(diào)整能力，電荷泵不會因工作在滿負荷狀態(tài)而發(fā)燙；
＊＊＊＊   封裝尺寸小是手持產(chǎn)品的普遍要求；
＊＊＊＊   安裝成本低，包括周邊電路占PCB 板面積小，走線少而簡單；
＊＊＊＊   具有關(guān)閉控制端，可在長時間待機狀態(tài)下關(guān)閉電荷泵，使供電電流消耗近乎為 0。

所有專為驅(qū)動白光LED而設(shè)計IC都提供恒定電流，其中絕大多數(shù)是基于電感或電荷泵的解決方案，這兩種解決方案各有其優(yōu)缺點。電荷泵解決方案或稱為開關(guān)電容器解決方案，利用分離電容器將電源從輸入端傳送至輸出端，整個過程不需使用任何電感，所以是受歡迎的解決方案。電荷泵電源的體積很小，設(shè)計也很簡單，選擇組件時通常只需根據(jù)組件規(guī)格從中挑選適當?shù)碾娙萜鳌ｋ姾杀媒鉀Q方案的主要缺點是它只能提供有限的輸出電壓范圍，絕大多數(shù)電荷泵IC的轉(zhuǎn)換比率zui多只能達到輸入電壓的兩倍，這表示輸出電壓不可能高于輸入電壓的兩倍，因此若想利用電荷泵驅(qū)動一個以上的白光LED，就必須采用并聯(lián)驅(qū)動的方式。利用只能對輸出電壓進行穩(wěn)壓的電荷泵驅(qū)動多個白光LED時，必須使用鎮(zhèn)流電阻來防止電流分配不平均，但這些電阻會減少電池的壽命。

電感式解決方案體積小、效率高，適合為絕大多數(shù)消費性產(chǎn)品提供更長的電池使用時間。本文將會證明，設(shè)計人員可以調(diào)整電感式轉(zhuǎn)換器的效率，以便在體積和效率之間取得*平衡。由于大多數(shù)電感式解決方案都是采用升壓轉(zhuǎn)換器圖2，它們zui多能驅(qū)動六個或七個串聯(lián)的白光LED，這種做法有其優(yōu)點，因為許多顯示器內(nèi)建的白光LED都采用串聯(lián)模式；就算并未將白光LED內(nèi)建于顯示器屏幕中，大多數(shù)工程師還是會將它們串聯(lián)在一起。背光驅(qū)動器和白光LED通常會在不同的電路板上，因此必須將電源從一塊電路板連接至另一塊電路板。驅(qū)動五個并聯(lián)的白光LED共需使用連接器的六個接腳，驅(qū)動串聯(lián)在一起的五個白光LED只需要兩個接腳。

許多應用的屏幕需要背光調(diào)整功能，例如PDA等產(chǎn)品的使用者就能調(diào)整屏幕亮度，以適應周圍環(huán)境，還有許多產(chǎn)品的處理器會在系統(tǒng)閑置一段時間后，自動降低或切斷背光電源。調(diào)光功能的實現(xiàn)方法可分為兩種：模擬和PWM。采用模擬調(diào)光技術(shù)時，只需將白光LED的電流降至zui大值的一半，就能讓屏幕亮度減少50%。這種方法的缺點包括：白光LED色移；需要模擬控制訊號。PWM調(diào)光技術(shù)在減少的電流占空周期內(nèi)提供完整電流給白光LED，例如要將亮度減半，只需在50%的占空周期內(nèi)提供完整電流。PWM訊號頻率通常會超過100Hz，以確保這個脈沖電流不會被眼睛察覺，PWM頻率的zui大值需視電源的啟動和反應時間而定；為了得到zui大靈活性，同時讓整合更容易，白光LED驅(qū)動器zui高應能接受50kHz的PWM頻率。調(diào)光訊號通常來自系統(tǒng)處理器的GPIO接腳。

在出現(xiàn)開路故障的情況下，恒定電流的白光LED驅(qū)動器需要過電壓保護。如上所述，白光LED和驅(qū)動器通常在不同的電路板上，因此連接器的接腳松脫就會造成開路故障，另一個可能性則是白光LED出現(xiàn)造成開路。無論是那一種情形，驅(qū)動器為了提供恒定電流，都會增加它的輸出電壓，此時若無保護電路，輸出電壓很快就會升高，對IC或輸出電容器造成損害。保護驅(qū)動器的zui簡單方法是選擇內(nèi)建過電壓比較器的IC，并利用此功能來限制zui大輸出電壓，例如TPS61043就具備這項功能。齊納二極管也可用來限制zui大輸出電壓，然而這種做法的效率很低，因為在故障情況下，會有預先設(shè)定的zui大電流通過齊納二極管。

關(guān)鍵詞：電感器控制器陶瓷電容晶體管轉(zhuǎn)換器

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