近年來無線通訊的革命已經逐漸將彩色LCD顯示螢幕帶入行動電話與PDA市場，白光LED則提供了這類應用最佳的背光解決方案，但是這也引發了一個問題，那就是單顆鋰離子電池的電壓 ─ 通常為3.6V~4.2V ─ 將無法滿足推動白光LED的要求，主要的原因是白光LED的前向電壓在20mA時大約為3.5V，甚至可能達到4.0V，這也就是為什麼大部份的行動電話與PDA製造商都想盡辦法要找到一個能夠提供白光LED背光功能，經濟而且有效率的升壓解決方案。

這篇文章將比較一個2X充電泵升壓解決方案與採用電感器的升壓轉換器分別提供三顆白光LED電源的應用情形。

MAX684充電泵解決方案

《圖一　MAX684 White LED Driver》

(圖一)為一個能夠提供三顆白光LED各15mA電源的簡單充電泵解決方案，MAX684充電泵穩壓器可以由2.7V ~ 4.2V輸入產生5V的電壓輸出，而且這個完整的5V 50mA(max)穩壓器只需外加一顆電阻與三顆電容，完全不需電感器，如果應用上需要超過三顆白光LED，那麼可以採用MAX683與MAX682，分別提供了100mA與250mA的輸出電流，其中MAX682可以推動高達16顆並聯的LED，要控制LED的亮度，我們可以在/SHDN接腳加上一個低頻的PWM信號，建議頻率範圍為200 ~ 300Hz。

要選擇MAX684的切換頻率，我們可以透過(公式一)計算出外加電阻REXT的值：

《公式一》

如果我們採用REXT = 150k(，那麼在VIN=4.2V時切換頻率為1.053MHz，VIN=3.6V時則為873kHz。

乍看之下，我們可以發現充電泵解決方案最為經濟，原因是它並不需要電感器，但是使用充電泵卻會犧牲效率，例如如果我們採用5V來推動三顆並聯的白光LED，那麼就需要提供以下的功率輸出：

Pout = 5V x 15mA x 3 (3顆並聯的白光LED)

= 0.225W

2X穩壓充電泵的效率接近於後面連接線性穩壓器的切換電容倍壓器，2X穩壓充電泵的電源轉換效率可以由(公式二)取得：

《公式二》

舉例來說，如果Vin =3.6V且Vout= 5.0V，那麼效率會低於69.4%，如果Vin=4.2V 且Vout=5.0V，那麼效率則低於59.5%，如果要推動三顆白光LED的話，我們就需要提供以下的輸出功率：

當 Vin= 3.6V 時，

Pin= Pout/ 轉換效率

= 5V x 15mA x 3/ 0.694

= 324mW

當 Vin= 4.2V時，

Pin= Pout/ 轉換效率

= 5V x 15mA x 3/ 0.595

= 378mW

當輸入電壓越來越高時，轉換效率會越來越低，同時需要更高的輸入功率。

MAX1848升壓轉換器解決方案

(圖二)為MAX1848升壓轉換器解決方案應用在推動三顆白光LED的情形，MAX1848/49在設計上主要是針對以定電流方式推動二顆或三顆LED，以提供行動電話、PDA與其它掌上型的設備背光功能為目的，這個升壓式PWM轉換器內含一個高電壓、低導通電阻RDS(ON)的N通道MOSFET開關，可以達成高效率並延長電池使用時間，此外，一個單一類比電壓雙模(Dual-Mode)輸入可以提供簡單的背光調整與開關控制，這個輸入可以是PWM加上RC濾波器，而快速的1.2MHz電流模式PWM控制則使得電路可以搭配小型的輸出與輸入電容及電感，同時將輸入電源或電池上的漣波降到最低，同時可控制的和緩啟動功能還能夠在啟動過程中消除衝入(in-rush)電流。MAX1848/49採用省空間低厚度SOT23 (MAX1848)與小型μCSP (MAX1849)包裝。

《圖二　MAX1848 Boost White LED Driver》

在圖二中我們可以看出MAX1848僅需搭配一顆小型電感、一顆二極體、一個電流感測電阻與三顆電容，這個解決方案的總成本比MAX684充電泵解決方案稍高，但是卻提供了更佳的轉換效率表現。在推動三個串聯的白光LED時，我們需要提供這樣的輸出功率：

Pout= 3.1V x 3 (3顆並聯的白光LED) x 15mA

= 139.5 mA

MAX1848的轉換效率則可以由(公式三)取得：

轉換效率 = Pout/ (Pout + PMAX1848 + PD1)

PMAX1848：MAX1848的功率耗損

PD1：肖特基二極體D1的功率耗損

(表一)為MAX1848評估電路板的實際測量結果，MAX1848解決方案擁有比MAX684充電泵解決方案高上15 ~ 25個百分點的轉換效率，依輸入電壓的不同而定。

MAX1848解決方案在Vin = 3.6V時的輸入功率需求為：

Pin = 9.32V x 15mA/ 0.8529

= 164 mW

MAX1848解決方案在Vin = 4.2V時的輸入功率需求為：

Pin = 9.32V x 15mA/ 0.8539

= 163.7mW

總結

MAX684解決方案需要較少的零件，同時成本也較低，另一方面MAX1848解決方案的輸入功率要求則低上許多，也代表了它可以大幅延長電池的使用時間，MAX1848的升壓式設計使得我們可以將白光LED串聯，因此能夠提供LED相同的電流而得到同樣的亮度，這樣的安排方式同時也能夠節省鎮流電阻，MAX1848還包含了一項重要的功能，就是擁有過電壓保護線路，可以保護輸出不受白光LED意外斷線的傷害，MAX1848解決方案相當適合便攜式設備上小型彩色LED顯示螢幕的背光應用。（作者任職於Maxim公司）