便携式应用设备电源设计的新趋势(一)

美国国家半导体 资深产品工程师Jerry Han

如今，随着集成功能的不断增加，移动电话还可作为便携式媒体播放器(PMP)、数码相机、掌上电脑(PDA)、甚至全球定位系统（GPS）使用。如何获得更加逼真的显示、突破热瓶颈、高效智能地管理电源是系统设计人员当前面临的挑战。

美国国家半导体(National Semiconductor)为便携式应用设备提供了多种电源管理解决方案：(1)智能WLED背光驱动器；(2)适用于射频功率放大器(RF PA)的双模式SuPA；(3)高级电源管理装置PMU。

1 智能WLED背光驱动器

在过去数年里，液晶显示屏（LCD）已极大地改进了其尺寸和分辨率。为使影片和图像更逼真、更具吸引力，背光逐渐成为优化改进的重点。随着高速3G数据流服务的发展，LCD的尺寸变得越来越大，为满足不断增加的多媒体内容的需求，LCD的用电量也与日俱增。如何延长系统待机时间与视频播放时间是系统设计人员当前关注的问题。

传统小面板LCD显示屏的背光通过一对白色发光二极管（LED）来实现。对于小面板LCD，白色LED并联使用，并由一个充电泵供电。主要原因在于充电泵的成本较低，且每个LED的亮度均匀性要求并不十分严格。而大面板LCD使用6个或以上的LED，其均匀性和效率要求非常严格。在这种情况下，充电泵无法满足其要求，而升压转换器在这方面优势明显。美国国家半导体新推出的LM3530不仅可向多达11个串联白色LED供电，还可控制电流。图1为LM3530的典型应用电路。

LM3530具有1 A限电流的特征以及从2.7 V～5.5 V的输入电压范围，使设备可作为一种多用途的背光电源，非常适合用于单一锂电池的电压范围。通过I2C可兼容接口在5 mA～30 mA范围内调节最大LED电流。与传统的WLED驱动器拓扑结构不同，LM3530拥有真正的关机功能以提高效率。此外，它还具有高达43 V的过电压保护功能。LM3530最强大的功能在于其具有支持环境光感应（ALS）和动态背光控制（DBC）的能力。

ALS：环境光感应，常用来测量外部光。在较亮的环境中，背光需要更大的电流来照亮显示屏，在较暗的环境下，背光可调低。而在传统的ALS中，处理器需要不断轮询环境光传感器的输出状态，以确定是否要增强或减弱亮度。

DBC：动态背光控制。在本系统中，显示驱动器分析内容，并输出背光驱动器所要求的设置。这就是所谓的内容调整背光控制（CABC）。在环境照明的基础上调整亮度，从而可获得更佳的对比度和暗电平。

LM3530将这2个信号进行结合，并针对不同情况智能化地确定正确的背光设置。整个过程无需处理器参与。用户可编程ALS的性能，从而根据不同的应用进行定制。考虑到可通过逻辑电平脉宽调制(PWM)信号来调节LED电流，因此可使用I2C接口启用PWM亮度控制。集成ALS和CABC支持能力可节省高达50%的电能。

从典型应用电路上可以看到，LM3530集成有将模拟输出环境光传感器信号转换成用户指定亮度级的双输入环境光感应接口（ALS1和ALS2）。环境光感应电路具有4个可编程边界，定义了5个环境亮度区域。每个环境亮度区域对应1个可变编程亮度阈值。可编程的ALS接口用来接收来自ALS1或ALS2的最低电压和最高电压，或选择接收来自ALS1或ALS2的环境光信息。在区域改变之后，LM3530将发出中断信号，处理器可调节键盘发光二极管或进行其他操作；ALS输入端还可以使用近程传感器，当有电话呼入且用户接听电话时，手机可让LM3530选择接收近程传感器输出。LM3530将锁定显示屏并相应地减弱背光，以节省电能并防止误触发触控面板。除ALS和DBC以外，12位调光器能够轻松地平顺调光的工作。与此同时，在任何给定的最大LED电流设置条件下，可采用127指数或线性调光级别进一步调节LED亮度。