早期的手機採用低成本的彩色發光二極管（LED），提供按鍵照明以及單色液晶顯示螢幕（LCD）背光。在新世紀交替之際，由於 LED 技術進步，手機紛紛採用藍色和白色 LED 以供按鍵照明。白色 LED（WLED）是具有特殊塗層的藍色 LED，可製造白光波長，能讓全彩頻譜投射在 LCD 顯示幕上，因而成為目前手機使用的主要色彩。除了全彩 LCD 背光外，WLED 也用於鍵盤、軌跡球和控制鈕照明、相機閃光燈以及手電筒上。

第一代的 WLED 需要更高的順向電壓（>4.2V）和電流（>20mA），以達成手機應用中所需的亮度和明度。這些電壓通常高於電池供電壓，並需要驅動器 IC增強 LED 供電壓。由於 WLED 所需的電流較高，WLED 常是手機中最大的耗電源，基於減少耗電以及延長電池壽命的需求，WLED 製程技術精進，並降低製造成本，讓WLED能以較低成本生產，利用較低的電流，達成所需的亮度。電流降低（<10mA），WLED便能以較低的順向電壓來建置。

線性匹配的獨立電流來源

德州儀器TPS7510x（如圖一所示）的 LDO 線性穩壓器拓撲具有眾多優勢，凌駕於傳統固定模式和混合模式電容幫浦，以及電感升壓轉換器拓撲。在許多應用中，TPS7510x 都是極為有效的替代解決方案。TPS7510x 減少或省去許多外部零件，相較於其他的替代方案，可大幅節省成本。零件減少不僅可節省材料成本，也可減少額外建置每個平均需0.01美元至0.02美元的元件製造成本。

《圖一　線性匹配的電流來源》

減少元件數目的另一個好處，是可縮減解決方案的尺寸大小。由於 TPS7510x 不需要外部元件，解決方案的總尺寸可縮減為只有 IC 的大小，也就是 WCSP 封裝的 1.44 mm2。TPS7510x 的第三個優勢在於，幾乎所有輸入電流(99%)都用來驅動 LED，電流不會耗費在電容幫浦電容或升壓電感上。這項省電架構，可將電池使用壽命的平均效率，增加到 87% 以上。就額定的 3.6V 電池電壓而言，這項解決方案的效率通常高於 99%。

LDO 拓撲最大的缺點，就是 LED 的順向電壓限於輸入電壓減去壓差（典型 30mV，最大 100mV）。這項限制已不再是重大缺點，因為現今已有數種可用的白色 LED，具備典型3V、甚至是低於行動解決方案中使用之 LED 電流位準(3mA–10mA)的順向電壓。線性解決方案第二項明確的限制，就是只在並聯 LED 配置時有用，若是標準的單體鋰電池應用，串聯配置的順向電壓需求就會過高。TPS7510x 解決方案僅限於並聯 LED 配置使用。

固定升壓電容幫浦

在使用固定升壓電容幫浦的應用中（請見圖 二），輸出會升壓為固定電壓，並透過個別電阻調節 LED 電流。由於電容幫浦裝置成本較低，這項方法也相對低廉，但 LED 電流匹配和效率可能不佳（平均43% 的電池用電）。電容幫浦的一大優勢，是可降低 LED 順向電壓與供電壓的相依程度（在電源軌的幾伏特範圍內），不過可產生足夠電壓以驅動串聯多重 LED 的電容幫浦效率極低，而且成本過高，這項解決方案通常僅限於並聯 LED 配置使用。

《圖二　固定升壓電容幫浦 (REG710)》

TPS7510x 可針對這類應用有效升壓，整體使用元件減少也能降低成本，不過仍有順向電壓低於供電壓的限制。

固定模式電容幫浦 (charge pump)

使用固定模式電容幫浦的應用（如圖三 所示）會調節輸出電壓，以維持通過各 LED 電流的穩定。此類解決方案所採用的拓撲使這些 IC 的 LED 電流來源匹配良好，不過，只要順向電壓匹配不佳，便會影響到實際的匹配。這些電路的效率適當（平均70%的電池用電），並允許順向電壓高於輸入電壓。

《圖三　混合模式電容幫浦 (TPS60231)》

相較於上述應用，TPS7510x 大幅節省成本，並提升效率。電容幫浦電路通常需要一或兩個切換電容、輸入和輸出電容，以達到穩定。如前所述，TPS7510x 減少使用的元件數目，可有效縮減解決方案的尺寸，並降低成本。相對於混合模式電容幫浦解決方案，線性解決方案的缺點是 LED 順向電壓（容許範圍電壓）的限制。不過，混合模式電容幫浦解決方案可與相同的 LED 電壓順利匹配，無論 LED 順向電壓有何變化，TPS7510x 都可匹配良好。

電感升壓

在電感升壓轉換器的應用中（最常用來驅動串聯的 LED 串列），如圖 4 所示，經過 LED 串列的 LED 電流是相同的（理想的電流匹配）。和電容幫浦解決方案一樣，也可以使用順向電壓高於供電壓的 LED。某些應用中，例如折疊式手機中的背光 LCD 模組只能使用一條 LED 驅動線，此時電感升壓轉換器通常是最佳（有時是唯一可行的）解決方案。

《圖四　電感升壓 (TPS61061)》

在其他應用中，電感切換器導致的電磁干擾（EMI）可能會造成問題，而線性 TPS7510x 則是雜訊極低的有效替代方案。此外，省去電感、輸出電容或回饋電阻，也可以大幅降低成本。

隨著手機白色 LED 的廣泛應用，驅動 LED 不再受限於高電壓、高電流的單一解決方案，這些裝置的相關解決方案與應用，現在都極為多樣且數量眾多。最近推出的白色 LED 更為明亮、效能更高，可透過較低電流驅動，是使用線性電流來源的全新解決方案。這項解決方案所需的成本最低、元件數目最少，尺寸也最小，是手機應用的絕佳選擇。

（作者Mike Gilbert與William Hadde皆任職於德州儀器電源管理部門）