LED升压器件提高显示效率
文章：Jason Ngai
新的LED升压器件较低的形状因子，工作温度和用于移动计算应用程序的LCD面板的EMI。
LCD面板中的LED背光是笔记本电脑和平板电脑应用中最大的电源猪。随着屏幕分辨率和亮度水平的增加，LED背光消耗的输入功率也增加。市场上现有的传统LED驱动因素达到峰值性能并击中天花板，而不会进一步提高效率。
因此，需要一种新型的LED升压驱动器架构，以实现显着的效率性能突破，以实现下一代笔记本和平板电脑设计的低功耗LCD面板。万博投注网址本文讨论了新的LED升压架构，并概述了传统LED升压驱动器的优势。
常规LED升压架构
今天的传统LED升压驱动器使用单级异步升压DC-DC架构。由于LED串所需的高输出电压，使用该DC-DC架构。由于这种高输出电压，在LED升压驱动器中为同步转换器集成了较少的经济意义。
另外，异步转换器中的肖特基二极管中的正向电压降仅通过0.5〜1％影响效率。出于这两个原因，异步升压架构是当今LED升压驱动程序的首选方法。示出了传统LED升压驱动器的简化电路图1。
图1简化电路图显示了传统的LED升压架构。来源：PSEMI.
传统的LED升压架构是易于使用的电路，但有几个缺点。效率降低为输出电压（V.出去）由于转化率的增加而增加。这迫使许多应用程序使用较少的系列LED来降低输出电压，但也增加了并联LED串的数量。更平行的LED串需要更宽的挡板以适应更多的路由。由于LED电流下沉的调节电压更多的损失，这种传统架构也降低了系统效率（V.reg）。对于典型的vreg0.4V和v出去24V，Vreg有助于1.67％的系统效率损失（vreg损失= V.reg/ V.出去* 100％）。数字2显示两种不同V的效率影响出去水平。
图2请注意〜2％的效率下降为v出去在5W输出功率电平的情况下从26到34V增加。资料来源：PSEMI.
在传统的架构中，必须使用更大的电感来保持高效率。这种体系结构占据了更多的董事会空间并提高了成本，使低调的设计更具挑战性。
异步架构在v之间创建路径在和GND如果v出去短缺到GND，增强灾难性失败的潜力。预防性解决方案包括将输入断开FET放置在图1中的Q1中，或者在V中放置熔丝在小路。该解决方案需要额外的电路板空间并提高材料成本和系统效率损失。
两阶段LED升压架构
本文中解释的唯一LED升压使用两级DC-DC架构。第一阶段是同步，基于电感的升压DC-DC转换器。第二级是专有的电容式电荷泵电路。该电荷泵电路从升压输出（VX）提供固定的2倍或3倍转换到LED V出去效率高达99％。无论输入或输出电压如何，该专有电荷泵电路可提供高达99％的转换效率。它还提供了较低的EMI，较低输出纹波，没有可听噪声的益处。
这些益处是通过专有的软充电，相互交错的架构来实现，这些架构在100％占空比中运行。而且，电容器是更有效的能量存储元件 - 大约60至70倍比电感更有效。该第二阶段电荷泵从升压DC-DC转换器卸下了大部分工作量，提高了升压DC-DC效率，并实现了整体更高的系统效率。V.出去调节由升压阶段控制。图3.显示了这种独特的LED升压架构的简化电路图。
图3.此简化电路图显示了独特的LED升压架构。资料来源：PSEMI.
这种独特的架构有几个优点。与传统的LED升压架构相比，使用高效电荷泵电路提供更高的效率。这种更高的效率会降低升压电路的输出电压范围，当V时，较少的冲击效率更少出去增加。此外，效率在输入电压上更一致（V.在）与传统的LED升压相比，使运行时间更加一致，因为电池耗尽。数字4.显示效率为v出去增加。
图4.请注意<0.5％的效率下降为V.出去在5W输出功率电平的情况下从26到34V增加。资料来源：PSEMI.
通过减小升压电路上的输出电压，由于占空比减小，可以使用小而低成本的芯片电感器。由于芯片电感尺寸小，电感器最大20V等级，以避免电感器内部泄漏或射流电流，使其不适合高V的传统LED升压出去应用程序。与传统的LED升压架构相比，当电感器尺寸减小时，效率冲击较小。
随着这种独特的LED升压架构的较低升压输出电压允许使用同步转换器，无需外部二极管。
两级架构升高了多个阶段的电压，电荷泵和升压电路中的每个FET仅在排水管上看到小电压步骤。该多步架构允许使用远低压FET，这降低了切换损耗。
在电感器上旋转少量电压;与传统的单级架构相比，该架构使用软充电电荷泵大大减少了EMI和噪音。
图5.显示了独特的两级增强架构与传统单级提升架构之间的效率比较。图6.显示功率损耗比较。
图5.该图比较了独特和传统的LED升压架构的效率。资料来源：PSEMI.
图6.功率损耗比较显示了独特和传统的LED升压架构。资料来源：PSEMI.
V.出去对于两个设备为34V，两种设备都使用4.7μH电感。但是，由独特的LED升压架构使用的电感器是芯片电感 -DFE322512F-4R7M- 可在紧凑的3.2×2.5×1.2 mm外壳尺寸。传统的LED升压架构使用大型绕线电感 -SPM5020T-4R7M.-IN 5.4×5.1×2.0 mm外壳尺寸。
数字7.显示芯片电感器与效率测量中使用的线缠绕电感器之间的尺寸比较。
数字7.您可以看到低调芯片电感器（左）和传统的线缠绕电感器（右）之间的尺寸差异。资料来源：PSEMI.
该比较表明，独特的两级架构在传统的单级架构上具有大的效率增益。效率差异在该测量中高达8％。5 W输出功率的87％效率等于0.75W的功率损耗，5 W输出功率的效率为93％，等于0.37W的功率损耗，因此独特的两级架构可节省0.37瓦传统的单级架构。该0.37W转换为移动计算设备的更长的运行时间，并且LED升压电路的温度升高得多。
新建筑方法
LCD显示屏中的LED背光驱动器是一个简单的电路，但它在系统效率，电池运行时间，热管理和尺寸方面发挥着关键作用。不幸的是，提高了这种传统电路效率的许多研究努力集中在优化过程技术而不是建筑创新。
本文提供了创新架构思维如何带来许多效率，如更好的效率，低操作温度，更小的解决方案和较低轮廓解决方案的示例。同样，它有助于降低EMI以降低系统干扰和更好地集成系统保护功能。
本文最初发布edn.。
杰森·奈吉是Murata公司PSEMI电源管理的产品线管理器。
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