新型Quad-Mode电荷泵为LED驱动提供高性价比1.33x模式

由于简单、成本低且尺寸小于CCFL背光源,白光LED在便携设备LCD背光源的应用中非常流行。不过,无论LED灯是并联方式还是串联方式,大多数手持设备的电池电压都不足以持续驱动LED,所以需要升压转换器。

目前常见的LED驱动器包括基于电容的电荷泵和基于电感的DC/DC。传统的基于电感的DC/DC能提供宽的升压范围,但由于体积较大和容易产生EMI问题,在日益追求纤薄的手持设备应用中受到了限制。电荷泵虽然在体积和EMI问题上得到了解决,但其不及DC/DC的效率一直令人头痛。

在一个电池供电的系统中,典型的电荷泵工作过程如下:在电池充满电的状态下,其电压足以直接驱动LED,此时电荷泵处于不工作状态(1x),电池的电压通过一个开关直接输出到V_OUT然后驱动LED。而随着电池的放电,电池电压会逐步降低,当降低到一定程度不足以直接驱动LED时,电荷泵电路开始相继以1.5x或2.0x模式工作。

为了提高系统效率,目前常见的LED驱动的主流解决方案都集成了这几种操作模式,即1x、1.5x与2x模式。Catalyst半导体的营销副总裁Scott Brown指出,随着对驱动效率越来越高的要求,需要更加精确的控制电压,此时出现了1.33x的模式。例如手机应用中,采用传统的三模式,设计者通过种种努力提高电压转换效率,但成绩往往局限于2-3%；而增加了1.33x后,一举可将效率提升10%左右。

仅用两个电容实现1.33x升压模式

迎合这一趋势,目前已经有部分主流厂商开始推出1.33x模式的驱动。例如几个月前某知名厂商推出的LED驱动产品中就增加了1.33x模式,并在LED显示背光控制、键盘背光、高功率照相机闪光灯等多种应用中受到了广泛的欢迎。但是这种传统的1.33x驱动电路需要3个飞驰电容,详见图1所示。用3个飞驰电容实现的电荷泵提供的效率足可以和电感式转换器相媲美,但是一般需要的管脚数目达24个或更多。

近日,Catalyst半导体公司推出了一种基于Quad-Mode专有技术的LED驱动器——CAT3636。这种创新的电荷泵架构,通过增加一个巧妙的步骤,仅使用两个飞驰电容就实现了1.33x升压模式(详见图2),而管脚数目仅为16个。

由于没有增加额外的电容,Quad-Mode架构不会增加成本、元件数和电路板空间,效率高达92%(平均效率84%),几乎等同于电感式LED驱动器的效率,同时却消除了伴随而来的电感器尺寸过大以及对手机显示和无线通信等的性能都有影响的EMI问题。图3中对Quad-Mode架构与其它模式的转换效率进行了对比。

CAT3636包括6个LED电流槽(current sinks),分配到3个独立组中分别配置；每组包括一对整流严谨且输出匹配良好的通道。在这款驱动器中,依然通过Catalyst灵活的单线EZDim编程接口(地址和数据),获得了完全的可编程性以及模糊控制能力,这就允许对LED控制组进行单独且精确地设定。另外,还可对用于主、副显示屏或结合RGB LED、闪光灯功能的彩色LCD背光进行灵活控制。

图1:传统的1.33x电荷泵需要三个额外的飞驰电容

其它典型的特性包括:同时驱动6个LED灯,满足了主流手机应用方案的要求；3×3mm的TQFN微型封装以及更高的转换效率,特别适合目前便携式产品轻薄化的趋势；特有的新型1.33x操作模式减少了由电池端所见的输入切换电流,可使整体电源端噪声达到最小；提供短路保护和热过载故障保护措施。

图2:Catalyst新型1.33x电荷泵采用Quad-Mode架构消除了一个额外的飞驰电容

符合RoHS指令的CAT3636现已开始供应,批量1万颗时单价为0.94美元(仅供参考),量产交货时间为收到订单后的6-8周。

图3:Quad-Mode与其他模式的转换效率对比图

CAT3636的推出是Catalyst推进其模拟和混合信号产品战略的又一重要步骤,如今除了传统的主营业务——非易失性存储器之外,Catalyst已开发出众多模拟和混合信号产品:数字可编程电位计(DPP)、LED驱动器以及DC/DC转换器、电压监测、线性整流器和I/O扩展器等。面对欧美老牌厂商(高性能见长)和亚洲新锐(低成本优势)的竞争,其模拟产品策略走了一条中间路线,并希望藉已有的广泛EEPROM用户群,找到更多客户。

作者:赵娟