LCD背光驅(qū)動(dòng)電荷泵的原理及應(yīng)用 |資料

1引言
手機(jī)、無(wú)繩電話、對(duì)講機(jī)等便攜式通信產(chǎn)品都是使用電池作為電源，合理地使用電池，充分挖掘其潛力可提高使用效率、延長(zhǎng)電池的壽命。手機(jī)的LCD彩屏需要高亮度的白光LED去點(diǎn)亮，白光LED需要穩(wěn)定的5V工作電壓，如果工作電壓下降，則白光LED的亮度降低，色彩就不鮮明，LCD彩屏的顯示效果就不理想。白光LED不能直接由電池供電，因?yàn)殡姵匾婚_始使用，電壓就遞減，影響顯示效果。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(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定在5V。
2電荷泵的分類、工作原理及典型應(yīng)用電路
2.1電荷泵分類
電荷泵可分為：
——開關(guān)式調(diào)整器升壓泵，如圖1(a)所示。
——無(wú)調(diào)整電容式電荷泵，如圖1(b)所示。
——可調(diào)整電容式電荷泵，如圖1(c)所示

2.2工作過(guò)程
3種電荷泵的工作過(guò)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(lái)貯存能量，而電容式電荷泵采用電容器來(lái)貯存能量。
電容式電荷泵通過(guò)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(lái)貯存能量。因工作于較高頻率，可使用小型陶瓷電容器(1μF)，占用空間最小，使用成本較低。電荷泵僅用外部電容器即可提供±2倍的輸出電壓。其損耗主要來(lái)自電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR)和內(nèi)部開關(guān)晶體管的RDS（ON）。電荷泵轉(zhuǎn)換器不使用電感器，因此其輻射EMI可以忽略。輸入端噪聲可用一只小型電容器濾除。它的輸出電壓是工廠生產(chǎn)時(shí)精密預(yù)置的,可通過(guò)后端片上線性調(diào)整器調(diào)整，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)。電容式電荷泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。它實(shí)際上是一個(gè)基準(zhǔn)、比較、轉(zhuǎn)換和控制電路組成的系統(tǒng)。
2.3幾種不同的電荷泵的應(yīng)用
圖3（a）、（b）、（c）為3種典型應(yīng)用電路。
AAT3110輸出并聯(lián)穩(wěn)壓供電，外圍元件少，走線簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換效率高。
AAT3110微功率升壓電荷泵是美國(guó)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。它可以提供穩(wěn)定的5V輸出電壓，應(yīng)用時(shí)沒有其它升壓泵運(yùn)作所必需的電感器，外圍只使用3個(gè)小的陶瓷電容器。它能輸出100mA電流，可以驅(qū)動(dòng)4個(gè)～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)是靜態(tài)電流小，轉(zhuǎn)換效率高，負(fù)載能力大，是電池電源應(yīng)用的理想器件。AAT3110工作在750kHz高頻升壓狀態(tài)，使用脈沖跳變技術(shù)，從變化的輸入電壓中提取一個(gè)穩(wěn)定的輸出電壓。輸入電壓范圍為2.7V～5.5V，輸出穩(wěn)定的5V電壓，轉(zhuǎn)換效率達(dá)90％以上，輸出紋波遠(yuǎn)小于同類產(chǎn)品，ESD大于2kV，具有短路保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)功能。AAT3110自身功耗甚微,僅為13μA，在停機(jī)狀態(tài)下電流小于1μA。AAT3110與其它公司同類產(chǎn)品相比輸出電流大、紋波小（如圖4示）、價(jià)格低，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可對(duì)并聯(lián)的LED供電（如圖5示），其走線少，使用方便，因而工藝成本低，外圍電路不使用電感器，無(wú)EMI輻射。