手機(jī)LCD背光驅(qū)動(dòng)電荷泵的選擇

作者：時(shí)間：2004-12-07 來源：網(wǎng)絡(luò)

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手機(jī)、手持無繩電話、對(duì)講機(jī)之類的手持通信產(chǎn)品都是使用電池作為電源的，因此管理好電池電力的使用，可以延長電池的壽命，提高使用效率，用科技的方法挖掘電池的潛力，可以獲得更經(jīng)濟(jì)的利益。手機(jī)的LCD彩屏需要高亮度的白光LED去電亮，白光LED需要供給穩(wěn)定的5V工作電壓或恒定的電流，如果工作電壓下降，會(huì)影響白光LED的亮度，LCD彩屏的顯示效果就不理想、顏色不鮮明。白光LED的電源不能直接到電池上，因?yàn)殡姵匾婚_始使用，電壓就遞減，影響使用效果。所以在電路設(shè)計(jì)上需要使用一個(gè)升壓型的電荷泵，把遞降的電壓在一段較長的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定在5V，充分挖掘電池的潛力，提高使用經(jīng)濟(jì)效益。

1) 電荷泵的種類

開關(guān)式調(diào)整器升壓泵 (圖1.a)

無調(diào)整電容式電荷泵(圖1.b)

可調(diào)整電容式電荷泵(圖1.c)

三個(gè)電路的工作過程均為：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，而電荷泵采用電容器。

1) 電荷泵的工作原理

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(shí)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。工作于較高的頻率，因此可使用小型陶瓷電容(1μF)，使空間占用最小，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RDS（ON）。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

輸出電壓是工廠生產(chǎn)精密予置的,調(diào)整能力是通過后端片上線性調(diào)整器實(shí)現(xiàn)的，因此電荷泵在設(shè)計(jì)時(shí)可按需要增加電荷泵的開關(guān)級(jí)數(shù)，以便為后端調(diào)整器提供足夠的活動(dòng)空間。電荷泵十分適用于便攜式應(yīng)用產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。從電容式電荷泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看,它實(shí)際上是一個(gè)片上系統(tǒng)(圖2)。

1) 電荷泵選用要點(diǎn)

作為一個(gè)設(shè)計(jì)工程師選用電荷泵時(shí)必然會(huì)考慮以下幾個(gè)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(duì)手機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)的更小巧；

足夠的輸出調(diào)整能力，電荷泵不會(huì)因工作在滿負(fù)荷狀態(tài)而發(fā)燙；

封裝尺寸小是手持產(chǎn)品普遍要求；

按裝成本低，包括周邊電路少占PCB板面積小，走線少而簡單；

具有關(guān)閉控制端，可在長時(shí)間待機(jī)狀態(tài)下關(guān)閉電荷泵，使供電電流消耗近乎為0。

2) 幾種不同的電荷泵

輸出并聯(lián)穩(wěn)壓供電，周邊零件少，走線簡單，轉(zhuǎn)換效率高的AAT3110（圖3）

輸出供電需要單獨(dú)走線的LM2794（圖.4）

恒流輸出串聯(lián)供電的LT1932（圖.5)

1) AAT3110電荷泵的性能

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(fā)的微功率開關(guān)電容器電壓提升轉(zhuǎn)換器，它可以提供一個(gè)穩(wěn)定的5V輸出，應(yīng)用時(shí)沒有其它升壓泵運(yùn)作所必需的電感器，周邊只使用三個(gè)小的陶瓷電容器，它能輸出100mA電流。它可以驅(qū)動(dòng)4-5個(gè)白色或藍(lán)色LED，以滿足彩色LCD背光的應(yīng)用。

AAT3110的特點(diǎn)是非常低的靜態(tài)電流和高的轉(zhuǎn)換效率，負(fù)載范圍大，是電池電源應(yīng)用的理想器件。AAT3110工作在電壓升壓狀態(tài)，在750KHz高頻運(yùn)作，使用脈沖跳躍技術(shù)，從變化的輸入電壓中提供一個(gè)穩(wěn)定輸出電壓。輸入電壓范圍2.7V-5.5V，輸出穩(wěn)定的5V電壓，轉(zhuǎn)換效率達(dá)90%以上，，輸出紋波大大小于同類產(chǎn)品，ESD大于2KV，具有短路保護(hù)、過溫保護(hù)功能，AAT3110自身功耗甚微僅13uA，在停機(jī)狀態(tài)下耗用電流小于1uA。AAT3110與其它公司同類產(chǎn)品相比輸出電流大、紋波小、價(jià)格低（圖.6），實(shí)際應(yīng)用時(shí)對(duì)LED并聯(lián)供電（圖.7）走線少，使用方便，因而工藝成本低，周邊電路不使用電感器件，無EMI輻射。

AAT3110主要技術(shù)參數(shù)：

工作電壓： Vin=2.7-5.5V

輸出電壓： Vout=5.0V/100mA

靜態(tài)電流： Iq=13uA

停機(jī)狀態(tài)電流： I_SHDN=1uA

工作效率： 90%以上，

工作頻率： 750KHz

封裝： SOT23-6 SC70JW-8

AAT3110采用6腳SOT-23和8腳SC70JW小尺寸封裝，適用于表面貼裝，在PCB板上所占空間很小。SC70JW是AATI專利超小8個(gè)腳封裝，晶片占空比達(dá)42%，占用PCB面積僅4.2平方毫米，芯片抬起按裝可利應(yīng)空氣受熱自然流動(dòng)散熱和多3個(gè)腳接地可充分利用PCB散熱。