現(xiàn)今的便攜設(shè)備不單功能越來(lái)越多,，而且對(duì)功率的需求也越來(lái)越大,，這對(duì)便攜電池的電源設(shè)計(jì)構(gòu)成很大的挑戰(zhàn)。然而,，如果對(duì)有關(guān)應(yīng)用的能源消耗有更深入的認(rèn)識(shí)，便可設(shè)計(jì)出更加節(jié)能的解決方案,，這不單可以延長(zhǎng)電池的壽命,，而且可以提供更好的用戶體驗(yàn)。
減少便攜設(shè)備顯示器的用電量
隨著便攜設(shè)備的顯示器尺寸越來(lái)越大,，分辨率和亮度不斷提高,，顯示器的背光照明成為能源的最大挑戰(zhàn)。一臺(tái)典型的小型顯示器模塊需要3到10個(gè)LED才能提供正常的照明,。
為了解決背光顯示器的能耗問(wèn)題，一個(gè)高效能驅(qū)動(dòng)LED的方法即使用開(kāi)關(guān)電容器,。采用這種技術(shù),，輸入電壓便可連接到能夠產(chǎn)生穩(wěn)定輸出的多增益開(kāi)關(guān)電容器。在開(kāi)環(huán)運(yùn)作下,，輸出電壓的大小相當(dāng)于增益與輸入電壓的乘積,。至于閉環(huán)運(yùn)作則可形成一個(gè)固定的輸出，而該輸出的電壓應(yīng)僅大于LED的正向電壓和所有的壓降,。輸出電壓與正向電壓之間的差別便是凈空,，而它必須受到監(jiān)管以確保電流流通。在最寬輸入電壓范圍內(nèi)的最大有效增益中,，電容器在增益瞬態(tài)時(shí)只會(huì)消耗最小電能,，而且它會(huì)根據(jù)LED的正向電壓和負(fù)載要求而不斷作出調(diào)節(jié)。雙增益升壓模式(LM2755為1x,、LM2756為3/2x,，而LM2757為2x和3/2x)可以在一個(gè)寬輸入電壓范圍內(nèi)產(chǎn)生超高效率，使電池的壽命得以延長(zhǎng),。
現(xiàn)今的消費(fèi)者傾向追求體積更纖小的便攜設(shè)備,，這使得電路板空間變得更加珍貴。開(kāi)關(guān)電容器拓?fù)涞牧硪粋€(gè)優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需使用電 感器,，這不僅有助于縮小方案的尺寸,，還可節(jié)省材料成本。LM2755,、LM2756和LM2757是開(kāi)關(guān)電容器升壓技術(shù)的一些例子,，它們能夠驅(qū)動(dòng)多至10個(gè)LED (每個(gè)可驅(qū)動(dòng)高達(dá)30mA的二極管電流)。這種較小的解決方案可使驅(qū)動(dòng)器放置在局部而不是中心區(qū)域,，從而降低了電磁的干擾,。
白光LED的可編程性對(duì)于控制顯示器的照明來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。例如,，當(dāng)一個(gè)用戶正在使用移動(dòng)電話通話時(shí),，他們不會(huì)與顯示器產(chǎn)生任何的互動(dòng)，因此該顯示器應(yīng)該選擇調(diào)暗。LM2755和LM2756均包含I2C兼容接口,，能夠根據(jù)手機(jī)的工作情況來(lái)控制顯示器的亮度,。
圖1所示為一個(gè)32級(jí)調(diào)光指數(shù)的設(shè)置，它具備800:1的調(diào)光比率,，能夠進(jìn)行真正可用肉眼覺(jué)察到的線性亮度級(jí)控制,，其調(diào)光模式可以提供一個(gè)流暢的顯示器開(kāi)/關(guān)過(guò)渡。我們的眼睛其實(shí)可以看成一個(gè)對(duì)數(shù)式的感光器,，因?yàn)樗且韵嗤谋嚷识窍嗤脑隽縼?lái)對(duì)光作出反應(yīng),。所謂線性的亮度增加其實(shí)就是現(xiàn)實(shí)中可感受到的調(diào)光指數(shù)。通過(guò)將背光調(diào)暗或關(guān)閉,，設(shè)計(jì)人員便可獲得更大的靈活性,，并可延長(zhǎng)電池的壽命。
圖2是LM2756的一個(gè)典型的應(yīng)用電路,。其中,，LM2756驅(qū)動(dòng)八個(gè)LED，它們被分成三組獨(dú)立控制,，以用作不同的顯示用途,。以下的算式給出LED的電流水平：
I_{DxA/B/C}(A)=189x(V_{ISET}/R_{SET})
配合一個(gè)正確選擇的電阻器(RSET)并把它放置在ISET和接地之間，則所需的電流便可通過(guò)LED連接到DxA和DxB,，算式當(dāng)中的x代表某LED的電流阱(current sink),，而A、B和C則分別代表某一組的LED,。
一旦電流水平被設(shè)定,，模擬電流調(diào)節(jié)便可通過(guò)I2C兼容接口來(lái)內(nèi)部調(diào)節(jié)LED的光暗。圖1中32個(gè)指數(shù)式的模擬亮度級(jí)可被配置供A組的LED使用,，與此同時(shí),，B組和C組的LED則可處理8個(gè)線性的模擬亮度級(jí)。
配合可獨(dú)立控制多組LED的能力,，單一LED驅(qū)動(dòng)器便可用來(lái)同時(shí)控制主顯示器,、輔顯示器或鍵盤(pán)的LED和LED指示燈。LM2756之所以集成這些功能,，是因?yàn)椴⑷肓税藗€(gè)電流阱并把它們分成三組,。其中四個(gè)電流阱分到A組，而B(niǎo)組和C組則分別有一個(gè)電流阱,。通過(guò)運(yùn)用一個(gè)寄存器,，兩個(gè)余下的電流阱(D53和D62)可以供給A組或B組使用。這種設(shè)置使主顯示器能有4,、5或6個(gè)LED可以使用,，而余下的LED則可用作其他的照明功能,。
外圍照明
個(gè)人移動(dòng)設(shè)備除了主顯示器以外，還有很多地方需要更出色的照明,。因此,，用作其他照明用途的輔助LED便會(huì)消耗更多的電池電量。鍵盤(pán)背光燈是目前手持應(yīng)用的一項(xiàng)重要功能,，它不需要像主顯示背光驅(qū)動(dòng)器般要求太多的LED電流匹配,。LM2757可為鍵盤(pán)后的LED照明提供細(xì)小的開(kāi)關(guān)電容器、電壓源和升壓解決方案,，而且效率可達(dá)90%,。LED提示燈可通知用戶電池的電量不足、電池的充電狀態(tài)或有短信送達(dá),。此外,，這些LED也可用作其他有趣的照明用途。配合三個(gè)獨(dú)立的RGB LED輸出,，LM27551可通過(guò)I2C兼容接口為每一個(gè)輸出編輯一套光暗模式來(lái)促成多區(qū)照明。
為達(dá)到提示燈和裝飾照明的用途,，LED通常都需要配合一個(gè)光暗模式,。圖3中的LM2755可允許設(shè)計(jì)人員編設(shè)出一個(gè)梯形調(diào)光波形來(lái)獨(dú)立控制每一個(gè)輸出。下列的算式可計(jì)算出圖4波形的延遲,、上升,、下降、高和低的時(shí)間,。
假如使用內(nèi)部時(shí)鐘,，那T_{STEP}= 50μs×2^{(N+1)}；若使用SYNC引腳上的外部時(shí)鐘,，那T_{STEP}=(1/f_{PWM})×2^{(N+1)}
t_{rise/fall Total}=T_{STEP}×(n_{high}-n_{low})×n_{Trise/fall},，當(dāng)中 0≤n_{Trise/fall}≤255
t_{rise or fall Total}=50μs×(n_{high}-n_{low})，當(dāng)中n_{Trise/fall}=0
t_{high or low}=T_{STEP}×(n_{high/low}+1),，當(dāng)中0≤n_{Thigh/low}≤255
t_{delay}=T_{STEP}×n_{delay},，當(dāng)中 0≤n_{delay}≤255
在算式中，變量nTrise,、nTfall,、nThigh和nTlow的數(shù)值介乎0到255間，而nhigh 和 nlow則是從0到31中選出來(lái)的數(shù)字,，當(dāng)調(diào)光波形的生效位設(shè)定為"1"時(shí),，這些數(shù)字便成為亮度級(jí)的邊界。至于N是一個(gè)0到7的數(shù)字,，存儲(chǔ)在時(shí)間步長(zhǎng)寄存器中,。脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號(hào)周期(fPWM)會(huì)被設(shè)定成50s的預(yù)設(shè)值,。假如使用的是外部時(shí)鐘，那么這個(gè)信號(hào)周期便會(huì)變?yōu)閒PWM=fSYNC/32,。對(duì)于每一個(gè)輸出來(lái)說(shuō),，定制的波形只需進(jìn)行一次編程。當(dāng)所有數(shù)值被設(shè)定后,，I2C兼容接口便會(huì)觸發(fā)照明模式的開(kāi)始和停止時(shí)間,。諸如LM2757擁有的定時(shí)控制功能，是任何外圍照明都不可或缺的理想工具,。
促成新的顯示器技術(shù)
雖然,，白光LED可提供高效率的功率轉(zhuǎn)換，但由于技術(shù)限制,，能夠再改善的空間很有限,。因此，采用有機(jī)LED(OLED)顯示器便可解決設(shè)計(jì)人員的功耗問(wèn)題,。一般的LCD顯示器都是依賴(lài)白光LED作背光,，但OLED顯示器則依賴(lài)每一個(gè)像素來(lái)直接產(chǎn)生光線，使得顯示出來(lái)的顏色更加亮麗,。OLED顯示器由于無(wú)需使用背光照亮顯示器,，因此可節(jié)省更多的能耗。為達(dá)到這個(gè)目的,，每一個(gè)像素都會(huì)按需要來(lái)進(jìn)行開(kāi)或關(guān),，而一個(gè)電路會(huì)負(fù)責(zé)控制每一行的像素。一個(gè)像素可以只包含一個(gè)二極管作單色顯示,，又或是包含三個(gè)二極管(紅,、綠和藍(lán))作彩色顯示。與LCD顯示器模塊不同,，OLED顯示器的二極管嵌入在OLED顯示器模塊里面,。在無(wú)源矩陣OLED(PMOLED)顯示器中，電源用來(lái)為整行像素預(yù)先充電,，而通常所用的電壓都高于正常的5V電壓,，而所需施加的電壓大小會(huì)視乎每行像素的數(shù)量，又或是OLED顯示器的尺寸而定,。
圖5中的LM4510 OLED驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)一個(gè)鋰離子電池的輸入來(lái)提供80mA到280mA的電流,，以及5V到18V的電壓。這個(gè)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器能夠?qū)⑿芴嵘?5%,，并且無(wú)需使用肖特基二極管,，這為設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)小巧而高效能的解決方案。
消費(fèi)者不斷追求他們的便攜手持設(shè)備" title="手持設(shè)備">手持設(shè)備擁有更卓越的多媒體功能,，因此設(shè)計(jì)人員必須加倍用心地正視其功耗問(wèn)題,，否則便難以應(yīng)對(duì)全球移動(dòng)手機(jī)對(duì)高畫(huà)質(zhì)視頻及其他卓越性能的日益高漲的需求,。要克服這個(gè)挑戰(zhàn)，模擬設(shè)計(jì)人員需要與時(shí)俱進(jìn),，作出革新,，開(kāi)發(fā)出更具高效能的解決方案。