總是有越來越多的功能擠進行動電子裝置（如智慧型手機）。同時，工程師正面臨嚴格的壓力，要延長這些裝置每次充電完的續航力，以及將造型更時尚的裝置模型引入市場。需要更小的組成元件和減小功耗。功耗的主要來源之一是使用升壓轉換器驅動顯示器背光。因此，指定蕭特基二極體元件至關重要。本文將詳細著眼於選擇過程中應採取的不同步驟。

用於現代行動電子裝置設計的LED背光中的升壓轉換器往往會消耗大量功率，通常佔據裝置總功率預算的最大比例並耗盡電池。因此它們的運行需要盡可能的高能效。蕭特基二極體是實現背光升壓轉換器的一個組成部分。一個合適的蕭特基二極體將對保持升高的升壓轉換器能效產生重要影響：電池充電間隔可延長，更多擴展的功能設置能被納入系統設計。

在著手蕭特基二極體規格和採購前，深刻了解升壓轉換器機制很重要。背光通常採用白光LED發射源。有一個順向電壓，通常在3.0 V至3.6 V間。一般來說，行動電子裝置採用單節鋰電池，工作電壓範圍在2.5 V至4.2 V間。當鋰電池電壓降至2.5 V，將沒有足夠的電壓用於直接驅動LED。這是採用升壓轉換器的原因。鋰電池電壓作為升壓轉換器的輸入電壓。輸出電壓值將來自所需的順向電壓以驅動LED，形成這些LED已被排列的背光和配置。一些系統設計將採用一個串排列，而另一些則需要兩個串列。考慮到LED順向電壓（如上所述）將在約3.0 V至3.6 V間，這將導致輸出電壓為18 V至36 V。

工作週期

升壓轉換器的工作週期（D）可使用如下所示的一些理想化等式來確定。通常升壓轉換器工作週期將在區域內的80%至90%。這意味著MOSFET將導通用於約90%的工作週期，以便電感磁場可充電。

當MOSFET導通，蕭特基二極體反向偏壓（輸出電壓從陰極到陽極）。當MOSFET關斷，電感上已累積的能量隨後通過蕭特基二極體放電至輸出電容，並依次進入LED串（或串列）。輸出電容獲得的電荷在週期的這一階段足以為LED提供恒定電流，這時MOSFET重啟下一週期。若在系統添加一個精密電阻（與LED串串聯） ，能測量到一個很小的電壓，可藉由這個電壓向控制器提供反饋。

升壓轉換器電流

想要為背光系統指定一個蕭特基二極體時，瞭解出現在升壓轉換器內的不同電流有其價值。這些電流的細節如圖1所示。有如下電流：

1. 平均輸入電流（IIN（avg））— 當蕭特基二極體順向偏壓時也是它的平均電流。

2. 峰值電感電流（IPK）— 這是當MOSFET關斷時限制蕭特基二極體的電流。該值將線性消退，隨著電感磁場強度減弱，直到MOSFET重啟下一週期。

3. 輸出電流（IOUT）— 這是由納入系統的控制器設定。對於LED背光，每一LED串的輸出電流通常介於15 mA至25 mA間。

升壓轉換器的IPK可通過計算，而IIN（avg）值可使用確定。

圖1 : 升壓轉換器電流

關鍵參數對選擇蕭特基二極體的影響

為背光系統指定蕭特基二極體時，有許多參數需要考慮。其中最重要的是：

1. 順向額定電流（IF）— 這是元件能承受的最大直流電流。跟IPK與IIN（avg）的和有直接關係。IF應大於IIN（avg），將充分發揮效能。

2. 反向電壓（VR）— 定義為反向偏壓時可施加到二極體的最大電壓。如果正探討升壓轉換器的實施，這電壓將等同於該轉換器的輸出電壓。建議升壓轉換器的控制器應內置過壓保護（OVP）機制，確保避免電壓突波或尖峰產生的運行故障。蕭特基二極體的VR應盡可能接近OVP閾值，以充分提高運行能效。

3. 順向額定突波電流（IFSM）— 這是在電壓突波期間以單個脈衝的形式，二極體能承受的最大電流。

4. 重複峰值順向電流（IFRM）— 同樣，這是暴露於連續脈衝下可承受的最大電流。蕭特基二極體的額定IFRM值將小於其額定IFSM值。

5. 反向漏電流（IR）和順向電壓（VF）— 這兩個參數應同時考慮而不是單獨考慮。過去認為升壓轉換器的VF越低，蕭特基二極體的性能越好。但已不再那麼簡單，半導體工藝技術的發展意味著使用較低VF的元件現在可導致不良影響，歸咎於相對高的漏電流。在用於行動電子裝置的LED背光時，應用中輸出/輸入電壓比非常高，這樣的漏電流將是個問題。由於蕭特基二極體大部分時間將反向偏壓，漏電流將對二極體的功耗施加重大影響。因此僅挑選具有最低VF的二極體並不夠。更明智的方法是結合IR和VF，然後探討這兩個參數對二極體總功耗的影響，從而確保優化用於計畫的升壓轉換器的實施。

元件封裝

蕭特基二極體的封裝必須考慮封裝尺寸和封裝方式。熱管理對升壓轉換器的實施非常重要，尤其是當行動電子產品的設計越來越受到空間的限制（更多的元件被封裝進更小的外殼）。通過控制二極體的接面溫度，元件的運行壽命可延長。但如果很少或沒有散熱的餘地，選擇具有高熱傳導率和從裸晶到PCB的短熱路徑的封裝格式，將使熱量大量散發，因而極其有益。可提供的不同封裝方式及各自的熱能效詳細資訊如圖2所示。

從四方平面無引腳（QFN）逐漸發展到離散的平面無引腳（DFN），再到雙矽無引腳（DSN）封裝方式，已實現熱能效水準的穩定改善。DSN提供特別高的熱能效是因為它縮短了裸晶和已安裝二極體的PCB之間的熱路徑。藉由去除導線架，顯著降低熱阻率。

關於封裝尺寸，面板空間限制意味著工程師必須採購更小封裝的功率IC和離散元件，這又需要更小的裸晶。對於蕭特基二極體，裸晶越小，越高VF，因為這直接關係到蕭特基接觸面積。然而當裸晶尺寸變小，漏電流減小。使用等式4和5規定的功耗計算，工程師可看到採用更小封裝將承擔的各種取捨。主要根據封裝尺寸來選擇蕭特基二極體是不明智的。最大的可接受的封裝尺寸應該是已知的，但應當從理論上考慮所有比這更小的封裝格式並檢查其可行性。

圖2 : 裝技術的進步使熱能效的改善成為可能

總之，選擇合適的蕭特基二極體是構建LED背光升壓轉換器的基礎。需要考慮許多不同因素，但如果指定了正確的元件，就可延長行動電子裝置的電池使用時間。與提供多元產品陣容的二極體製造商聯繫，可找到完全適合特定需求的產品，無須作出不必要的折衷。

（本文作者Steven Shackell任職於安森美半導體）