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[導(dǎo)讀]手機(jī)LCD背光驅(qū)動(dòng)電荷泵的選擇

手機(jī)、手持無(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)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 (1.a)

  無(wú)調(diào)整電容式電荷泵(1.b)

  可調(diào)整電容式電荷泵(1.c)

三個(gè)電路的工作過(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,而電荷泵采用電容器。

 

1)      電荷泵的工作原理

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。電荷泵是無(wú)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(lái)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(guò)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(lái)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(wú)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(wú)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(jiǎn)單;

具有關(guān)閉控制端,可在長(zhǎng)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(jiǎn)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(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,它可以提供一個(gè)穩(wěn)定的5V輸出,應(yīng)用時(shí)沒(méi)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%,,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(guò)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(wú)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: ISHDN=1uA

 工作效率: 90%,

  工作頻率: 750KHz

      裝: SOT23-6    SC70JW-8

   AAT3110采用6SOT-238SC70JW小尺寸封裝,適用于表面貼裝,在PCB板上所占空間很小。SC70JWAATI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。

 

AAT3111也是類似的微功率升壓電荷泵,它的工作電壓是1.8V-3.3V/3.6V,輸出100mA穩(wěn)定的3.3V3.6V,最適合于使用二個(gè)電池作為電源的產(chǎn)品。

電荷泵適用于手機(jī)、PDA、E-Book、平板顯示器、智能讀卡機(jī)、USB5V穩(wěn)壓電源、GSM手機(jī)SIM接口電源。

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