提升便携式应用中白光LED电池电压的策略：DC-DC转换器与电荷泵详解

在显示/光电技术中，白光LED的应用面临一个关键挑战，即如何在单颗锂离子电池供电的便携式设备中确保足够的电压供应，因为白光LED和驱动电流源的电压降可能超过电池电压。当这种情况发生时，需要对电池电压进行提升，以保证LED的正常工作。 提升电池电压的主要方法有两个：一是通过升压DC-DC转换器。这种方法的优点是可以显著提高效率，但缺点是成本较高，且会占用更多的PCB空间。升压转换器能够将低电压输入转化为所需的高电压，适合于对功率和体积有严格要求的应用。 另一种方法是利用电荷泵，即开关电容转换器。电荷泵基于电容器的储存和释放电荷的原理，通过快速开关来实现电压转换。图1展示了电容充电的过程，理想情况下（图1a和b）电容可以瞬间储存大量电荷，但在实际中，电容的ESR和ESL会对充电过程造成影响，导致非线性行为（图1c和d）。 电荷泵的工作原理涉及到两个主要阶段：充电和放电。在充电阶段，电容从电压源获得能量，而在放电阶段，电容器释放储存的电能，产生所需的电压提升。这个过程通过控制开关的开闭，形成周期性的电流脉冲，实现电压转换（图2a）。尽管存在寄生效应和瞬态响应，但电荷泵能够在一定程度上克服这些限制，实现高效的电压调节。 选择升压DC-DC转换器还是电荷泵取决于具体的应用需求，包括功率效率、成本、体积限制以及对电池寿命的影响。设计师需要权衡这些因素，以找到最适合特定应用的解决方案。在实际设计中，可能还会考虑使用多级转换或者优化电路设计来进一步提升效率和性能。