电荷泵在LCD面板背光中的应用

在最基本的形式中，电荷泵是产生大于其工作电源电压的电路。传统上，电荷泵被认为具有有限的电压能力，提供的性能被视为填补低压差LDO和开关稳压器之间的范围。尽管如此，有一些好处使它们对某些应用具有吸引力。例如，电荷泵具有更高的效率和良好的热管理，并且可以灵活地升压，降压或反转输入电压。由于它们使用电容器来存储和传输能量，因此电荷泵也易于设计并且不需要电感器，这可能更昂贵，具有更高的输出噪声水平，并且经常降低输出电流能力。

随着工艺技术的进步，制造商已经改善了这些器件的输入电压能力。集成电荷泵电路现在能够驱动低噪声，高压运算放大器（运算放大器）。它们还可用于从单电源向双电源高压运算放大器提供双极性电源。它们可以产生足够的功率来驱动用于LCD面板背光的白色LED。

为了满足各种需要高电压而无需电感的应用的需求，包括凌力尔特公司和Maxim Integrated公司在内的供应商已经准备好了一系列电荷泵。由于电荷泵输出没有得到很好的调节，一些供应商提供调节电荷泵，它是片内集成低压差稳压器（LDO）的副产品。

典型例子

凌力尔特公司为这些应用开发了两款高压反相单片电荷泵IC LTC3260和LTC3261。¹LTC3261是一款高压反相电荷泵，可提供高达100的电压mA输出电流，而LTC3260是一个反相电荷泵，包括片内正负LDO稳压器，每个稳压器可提供高达50 mA的输出电流。

负LDO后置稳压器由反相电荷泵输出供电。使用外部电阻分压器，正负LDO输出电压可分别调低至1.2和-1.2 V.两款器件均可在4.5至32 V的宽输入电压范围内工作。图1所示为典型应用电路，从15 V输入产生±12 V电压。如图所示，它使用了一些外部电阻和陶瓷电容。稳定性。此外，LTC3260 IC还具有软启动电路，可防止启动过程中电流过大，并具有短路和热保护功能。该器件采用扁平14引脚DFN封装和16引脚MSOP封装，均采用背面散热垫。器件的工作结温为-40°至+ 125°C。

图1：LTC3260电荷泵可从单个15 V电源产生±12 V电压。

凌力尔特公司指出，电荷泵采用低静态电流突发模式工作或低噪声恒定频率模式，效率高达88％。在突发模式操作中，电荷泵VOUT调节至-0.94 VIN，并且在两个LDO稳压器开启时仅消耗100μA的静态电流。在恒定频率模式下，电荷泵产生的输出等于-VIN，使用外部电阻在固定的500 kHz或50 kHz至500 kHz的编程值下工作。

专为低噪声性能而设计，电荷泵的高工作频率可实现低输出纹波。 LTC3260 LDO进一步降低了纹波（图2），可提供《1mVp-p的极低噪声输出，非常适用于运算放大器和模数转换器（ADC）驱动器等噪声敏感应用。

图2：LTC3260 LDO可进一步降低纹波，从而提供《1 mVp-p的极低噪声输出。

LTC3261是LTC3260的子集，采用12引脚MSOP封装，背面导热垫，工作结温为-40°至+ 125°C。

另一家提供高压电荷泵的制造商是Maxim Integrated。该公司正在推出基于MAX680/81 CMOS的单片双电荷泵转换器，能够在+5 V输入电压下产生±10 V输出。为此，它们设计用于提供正向升压电荷泵，以从+ 5V输入产生+10 V电压，并提供反相电荷泵以产生-10 V输出。这两个器件都集成了片内8 kHz振荡器。虽然MAX681提供封装内部的电容，但MAX680需要四个外部电容才能从单电源产生正负电压（图3）。

图3：MAX680需要四个外部电容，可在+5 V输入电压下产生±10 V输出。 MAX681不需要外部电容，因为它们在封装内部。

对于需要更小封装和更小电容的应用，Maxim推荐采用超小型μMAX封装的MAX865，开关频率超过20 kHz。为了给模拟功能供电，它提供的正输出和负输出是正输入的两倍。

Maxim的军用库中的额外高压电荷泵是MAX1822。它经过精心设计，可产生比输入电源电压高11 V的稳压输出电压，为高压侧开关和控制电路供电。 MAX1822的工作电源电压范围为3.5至16.5 V.

电荷泵还专为驱动白光LED而设计，具有恒定电流，均匀强度。为此，Maxim已经准备好具有极低压差自适应电流调节器的高效率反相电荷泵。指定的MAX8647/48，它可以驱动多达六个白光LED或两组RGB LED，具有稳定的恒定电流，用于显示背光和有趣的光应用（图4）。 Maxim报告称该器件在整个1节锂离子电池电压范围内提供非常高的效率，即使LED正向电压不匹配也很大。 1 MHz固定频率切换允许微小的外部组件。此外，该规范经过优化，可确保低EMI和低输入纹波。

图4：Maxim的反相电荷泵可以驱动多达6个白光LED或两组RGB LED，具有稳定的恒定电流，用于显示背光和有趣的灯光应用。

该器件提供I²C串行端口或三线串行脉冲逻辑接口。它为主背光和副背光提供独立的开/关和调光。此外，调光范围是24至0.1mA的伪对数，并且是32步的关闭。此外，反相电荷泵IC还具有温度降额功能，可安全地实现明亮的24 mA满量程输出电流设置，同时自动降低电流，以在高于+ 60°C的高环境温度下保护LED。该器件采用16引脚，3 x 3 mm薄型QFN封装。