傳統上， 系統設計者運用CCFL 為筆記型電腦、電腦螢幕、可攜式媒體播放器和其它可攜式消費性電子產品的大尺寸LCD 顯示器提供背光。而新型，高亮度的LED之問市，則讓設計者可以針對大尺寸顯示器考慮選用LED 背光。當與CCFL 相比較時， LED 背光提供設計者更高的操作效率、更低的元件數、更長的壽命、擴展性的調光能力和更佳的色彩；所提升的操作效率帶來了更少的熱和更長的電池壽命，而這是在手持系統中最為需要的。
LED 背光已廣泛地運用在小、及中型尺寸的可攜式LCD 顯示器中－ 其一般小於3 英吋。在許多情況下， 這些應用需求二顆至六顆並聯的白光LED (WLED)，並聯的設計則允許控制IC運用價格低廉的低壓CMOS 製程(參見圖1) 。
圖1 並聯設計的LED背光應用電路圖
此IC 透過由低壓端電流集(亦有高壓端電流源) 的定電流驅動LED。然而，對大尺寸LCD 顯示器而言，更大的視野需要大量的LED，上述所導致的通道對通道錯配是不容許發生的。
針對這個缺點， 系統開發商轉而將LED 連接成串來為大尺寸可攜式LCD 顯示器提供背光功能。串列安排可確保於LCD 表面達到LED 電流匹配和一致的亮度，但LED 串聯需要高輸出電壓來驅動串列WLED 串，由於高輸出電壓必須從單顆鋰電池組取得，而其輸入電壓低如3.2V ，因此高差動電壓產生了對傳統升壓(升壓) LED 驅動器解決方案的需求(圖2) 。
圖 2: 串聯式LED背光電路應用圖
以下討論，將集中在用於定電流WLED 背光驅動器的耦合電感升壓方法。這種方法還適用於恆定電流的多串(R-G-B) 背光應用，以及恆定輸出電壓應用(OLED) 。
大型升壓LED 驅動器的設計問題
舉例而言， 一個用於可攜式DVD 播放器的7 英寸TFT LCD 螢幕需要達16 顆WLED ，而為達一致性的亮度，串列相連的LED 將是較好的選擇。在低輸入電壓(VIN)時， 傳統升壓轉換器必須以高工作週期 (D)操作以產生導通串列LED 串所需的輸出電壓(VOUT)。針對連續模式升壓轉換器， D 由以下等式定義:
(編註:因呈現困難,公式詳見印刷版雜誌)
當二極體 D1 導通，VOUT 處於較高位準時，工作週期 (D) 趨近於一，此時輸出電路具有較短關斷時間 (1 – D) 及較高 RMS 電流 (IRMS) 。最差情況下的 IRMS 可以透過下列算式估算:
(編註:因呈現困難,公式詳見印刷版雜誌)
於關機時的功耗 (PLOSS(OFF)) 正比於IRMS 平方與輸出電路中寄生電阻之乘積。寄生電容可見於電感繞線、電路佈線、輸出電容等效串聯電阻(ESR) 輸出整流器 (D1).
在關斷時間 (D1 導通)， 升壓開關 (SW) 電壓高於輸出電壓一個二極體壓降。透過16 顆串列 WLED， SW 電壓可高如65V。此需要一個高壓升壓開關。針對給定的 IC 技術，高電壓開關元件的效率較低，並較低電壓元件昂貴。
舉例而言，透過3.2V 輸入電池電壓及 55V輸出電壓，此IC 控制電路必須能達到最低94% 之工作週期。傳統升壓 IC 控制器擁有從85至95% 之最大工作週期。針對大量串列的WLED，這些因素限制了傳統升壓架構之效率。
額外的電感繞線可簡化控制，並提升效率
為縮減尺寸和成本， 可攜式設備製造商正積極整合各式LED 照明設備功能至相同的驅動IC 中。除背光 之外， 這些功能包括RGB 指示器、按鍵照明、和閃光/電影模式以支援相機和錄影功能。
但傳統升壓驅動器在驅動不相同的LED 多串上效率低。以圖3之內建六顆白光LED 和二顆Flash LED (FLED) 驅動器的案例而言，WLED 串所需的輸出電壓比FLED串所需要的輸出電壓高出許多。
圖3: 內建六顆白光LED 和二顆Flash LED (FLED) 驅動器案例
在同步背光和閃光/電影模式事件中， 不匹配的正向電壓橫跨於Flash電流集(針腳IS2) 至接地間– 其所造成的高差動電壓(VDIFF) 可能導致電流輸入的重大損失 。另外， 電流集的額定電壓必須足夠高， 其亦增加了IC尺寸和費用。
圖4:大尺寸LED背光應用電路圖
為解決這個問題， 圖4顯示之電路針對大尺寸LED背光應用，使用一耦合的電感和Analogic Technologies 的AAT1231 LED 驅動器。其改良的升壓電路針對1.2W連續輸出電壓於20mA時提供55V 輸出，以驅動16 顆串列WLED – 其透過單顆鋰子電池驅動，唯一需要的是具備主電感繞組的串列額外繞組。
耦合電感方法可降低操作工作周期(D) 並延展標準升壓架構的可用輸出電壓範圍，而所降低的D 達到更高的操作效率，並降低零組件應力。
在導通期間，能量儲存在電感主側繞線上，但不同於傳統升壓驅動器的是， 二次側圈數(NS) 在OFF-period提供增加的有效電感- 減少輸出電路內的電流斜率和所引起的RMS 電流。工作周期(D) 和開關電壓(SW) 以圈數比(NS/NP)幅度下降，其為電感二次側圈數隊主側圈數之比，這比傳統升壓電路擁有更高的操作效率。
輸出整流器必須被額定，以承受輸出電壓及在ON導通期間時二次側繞線上所出現的負電壓。ㄧ個高壓、低漏洩超快速整流器為其所選(D1) ，此整流器額定於80V ，並採用小型0603 封裝。
耦合的電感是Cooper Technologies的CTX01-17851-R，其於小型5x5x1.2mm 封裝中提供2.2.uH 主側電感值、 4:1圈數比及2.0A 飽和電流。耦合電感降低的繞線密度形成比相似額定非耦合升壓電感稍大的電感尺寸。
圈數比 (NP/NS)則用來使汲極電壓維持低於開關規格:
(編註:因呈現困難,公式詳見印刷版雜誌)
設計者必須指定一個具備低漏感值的耦合電感，當漏出能量與寄生電容產生響鈴效應時，將關斷事件所引發的汲極電壓脈衝(VS)降至最低 。
工作週期會下降一個以耦合電感圈數比，NS/NP所決定的幅度：
(編註:因呈現困難,公式詳見印刷版雜誌)
耦合電感產生達84%之效率。 低成本的TSOPJW-12 封裝不需額外的散熱片。
耦合升壓架構為整合式照明應用提供額外的利益。不同於傳統升壓架構， 設計者可在各自的LED 串聯上透過調整圈數比來設定電壓; 減少功率損失和去除高壓電流集需求，請參考圖6 。
圖5:以 耦合升壓架構為基礎的電路圖
此電路以 150mA 連續驅動16 顆WLED (OSRAM PLZ22)，及不連續驅動2 顆FLED (鋒利的GM5BW05340)達500ms 。於50mA的連續FLED操作可滿足Movie/Torch模式操作。
由電晶體Q1 和二極體D3組成的電流鏡被加入，以於150mA時在WLED 電流之外調整FLED電流。二極體D2 和輸出電容C2 的大小是由FLED負載決定。電晶體Q2 在不降低WLED 電流之情況下觸發Flash。其所提供的優點是輸出電容C2 箝制漏洩電感電壓尖波; 於AAT1231的開關針腳上提供額外的操作電壓餘裕。
耦合電感允許設計可於最適LED串電壓操作各個LED 串和電流集 – 以達到更高的操作效率並降低系統成本，此多重輸出耦合電感架構是可高度擴展的。其他的繞線也可針對定電流(LED) 或定電壓(OLED 等) 負載而新增。
LED 背光已廣泛地運用在小、及中型尺寸的可攜式LCD 顯示器中－ 其一般小於3 英吋。在許多情況下， 這些應用需求二顆至六顆並聯的白光LED (WLED)，並聯的設計則允許控制IC運用價格低廉的低壓CMOS 製程(參見圖1) 。
圖1 並聯設計的LED背光應用電路圖
此IC 透過由低壓端電流集(亦有高壓端電流源) 的定電流驅動LED。然而，對大尺寸LCD 顯示器而言，更大的視野需要大量的LED，上述所導致的通道對通道錯配是不容許發生的。
針對這個缺點， 系統開發商轉而將LED 連接成串來為大尺寸可攜式LCD 顯示器提供背光功能。串列安排可確保於LCD 表面達到LED 電流匹配和一致的亮度，但LED 串聯需要高輸出電壓來驅動串列WLED 串，由於高輸出電壓必須從單顆鋰電池組取得，而其輸入電壓低如3.2V ，因此高差動電壓產生了對傳統升壓(升壓) LED 驅動器解決方案的需求(圖2) 。
圖 2: 串聯式LED背光電路應用圖
以下討論，將集中在用於定電流WLED 背光驅動器的耦合電感升壓方法。這種方法還適用於恆定電流的多串(R-G-B) 背光應用，以及恆定輸出電壓應用(OLED) 。
大型升壓LED 驅動器的設計問題
舉例而言， 一個用於可攜式DVD 播放器的7 英寸TFT LCD 螢幕需要達16 顆WLED ，而為達一致性的亮度，串列相連的LED 將是較好的選擇。在低輸入電壓(VIN)時， 傳統升壓轉換器必須以高工作週期 (D)操作以產生導通串列LED 串所需的輸出電壓(VOUT)。針對連續模式升壓轉換器， D 由以下等式定義:
(編註:因呈現困難,公式詳見印刷版雜誌)
當二極體 D1 導通，VOUT 處於較高位準時，工作週期 (D) 趨近於一，此時輸出電路具有較短關斷時間 (1 – D) 及較高 RMS 電流 (IRMS) 。最差情況下的 IRMS 可以透過下列算式估算:
(編註:因呈現困難,公式詳見印刷版雜誌)
於關機時的功耗 (PLOSS(OFF)) 正比於IRMS 平方與輸出電路中寄生電阻之乘積。寄生電容可見於電感繞線、電路佈線、輸出電容等效串聯電阻(ESR) 輸出整流器 (D1).
在關斷時間 (D1 導通)， 升壓開關 (SW) 電壓高於輸出電壓一個二極體壓降。透過16 顆串列 WLED， SW 電壓可高如65V。此需要一個高壓升壓開關。針對給定的 IC 技術，高電壓開關元件的效率較低，並較低電壓元件昂貴。
舉例而言，透過3.2V 輸入電池電壓及 55V輸出電壓，此IC 控制電路必須能達到最低94% 之工作週期。傳統升壓 IC 控制器擁有從85至95% 之最大工作週期。針對大量串列的WLED，這些因素限制了傳統升壓架構之效率。
額外的電感繞線可簡化控制，並提升效率
為縮減尺寸和成本， 可攜式設備製造商正積極整合各式LED 照明設備功能至相同的驅動IC 中。除背光 之外， 這些功能包括RGB 指示器、按鍵照明、和閃光/電影模式以支援相機和錄影功能。
但傳統升壓驅動器在驅動不相同的LED 多串上效率低。以圖3之內建六顆白光LED 和二顆Flash LED (FLED) 驅動器的案例而言，WLED 串所需的輸出電壓比FLED串所需要的輸出電壓高出許多。
圖3: 內建六顆白光LED 和二顆Flash LED (FLED) 驅動器案例
在同步背光和閃光/電影模式事件中， 不匹配的正向電壓橫跨於Flash電流集(針腳IS2) 至接地間– 其所造成的高差動電壓(VDIFF) 可能導致電流輸入的重大損失 。另外， 電流集的額定電壓必須足夠高， 其亦增加了IC尺寸和費用。
圖4:大尺寸LED背光應用電路圖
為解決這個問題， 圖4顯示之電路針對大尺寸LED背光應用，使用一耦合的電感和Analogic Technologies 的AAT1231 LED 驅動器。其改良的升壓電路針對1.2W連續輸出電壓於20mA時提供55V 輸出，以驅動16 顆串列WLED – 其透過單顆鋰子電池驅動，唯一需要的是具備主電感繞組的串列額外繞組。
耦合電感方法可降低操作工作周期(D) 並延展標準升壓架構的可用輸出電壓範圍，而所降低的D 達到更高的操作效率，並降低零組件應力。
在導通期間，能量儲存在電感主側繞線上，但不同於傳統升壓驅動器的是， 二次側圈數(NS) 在OFF-period提供增加的有效電感- 減少輸出電路內的電流斜率和所引起的RMS 電流。工作周期(D) 和開關電壓(SW) 以圈數比(NS/NP)幅度下降，其為電感二次側圈數隊主側圈數之比，這比傳統升壓電路擁有更高的操作效率。
輸出整流器必須被額定，以承受輸出電壓及在ON導通期間時二次側繞線上所出現的負電壓。ㄧ個高壓、低漏洩超快速整流器為其所選(D1) ，此整流器額定於80V ，並採用小型0603 封裝。
耦合的電感是Cooper Technologies的CTX01-17851-R，其於小型5x5x1.2mm 封裝中提供2.2.uH 主側電感值、 4:1圈數比及2.0A 飽和電流。耦合電感降低的繞線密度形成比相似額定非耦合升壓電感稍大的電感尺寸。
圈數比 (NP/NS)則用來使汲極電壓維持低於開關規格:
(編註:因呈現困難,公式詳見印刷版雜誌)
設計者必須指定一個具備低漏感值的耦合電感，當漏出能量與寄生電容產生響鈴效應時，將關斷事件所引發的汲極電壓脈衝(VS)降至最低 。
工作週期會下降一個以耦合電感圈數比，NS/NP所決定的幅度：
(編註:因呈現困難,公式詳見印刷版雜誌)
耦合電感產生達84%之效率。 低成本的TSOPJW-12 封裝不需額外的散熱片。
耦合升壓架構為整合式照明應用提供額外的利益。不同於傳統升壓架構， 設計者可在各自的LED 串聯上透過調整圈數比來設定電壓; 減少功率損失和去除高壓電流集需求，請參考圖6 。
圖5:以 耦合升壓架構為基礎的電路圖
此電路以 150mA 連續驅動16 顆WLED (OSRAM PLZ22)，及不連續驅動2 顆FLED (鋒利的GM5BW05340)達500ms 。於50mA的連續FLED操作可滿足Movie/Torch模式操作。
由電晶體Q1 和二極體D3組成的電流鏡被加入，以於150mA時在WLED 電流之外調整FLED電流。二極體D2 和輸出電容C2 的大小是由FLED負載決定。電晶體Q2 在不降低WLED 電流之情況下觸發Flash。其所提供的優點是輸出電容C2 箝制漏洩電感電壓尖波; 於AAT1231的開關針腳上提供額外的操作電壓餘裕。
耦合電感允許設計可於最適LED串電壓操作各個LED 串和電流集 – 以達到更高的操作效率並降低系統成本，此多重輸出耦合電感架構是可高度擴展的。其他的繞線也可針對定電流(LED) 或定電壓(OLED 等) 負載而新增。
