LED低壓驅(qū)動(dòng)電源—DC/DC 升壓變換器（上）

介紹了兩種用DC /DC 升壓變換器驅(qū)動(dòng)LED 的電路，對(duì)電路的工作情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，推導(dǎo)了輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系，并以占空比D 表示。最后給出一些芯片實(shí)例。

　　前言

　　如用低壓電池驅(qū)動(dòng)LED,所用的電池類型一般為可充電電池，如鎳鉻電池、鎳氫電池、鋰離子電池等。電壓范圍為：1. 2 ~ 24V（ 汽車內(nèi)直流供電電壓）。

　　根據(jù)電池電壓與LED 正向壓降的相對(duì)大小，可能出現(xiàn)以下幾種情況：

　　（1） 電池電壓低于LED 的正向壓降

　　這是一種常見的情況，如想用一節(jié)干電池或鎳鉻/ 鎳氫電池去驅(qū)動(dòng)一只LED,或者用較高電池電壓去驅(qū)動(dòng)多只串聯(lián)的LED,但電池電壓低于LED 串的正向壓降，例如，在手電筒中用一節(jié)電池驅(qū)動(dòng)LED,電池電壓為0. 8（1. 65V,低于LED 的正向壓降，此時(shí)必須把它的電壓升高，達(dá)到足以把LED 點(diǎn)亮的程度。

　　考慮到功率不大，可以采用電荷泵式升壓變換器（ 或稱開關(guān)電容式升壓變換器）。如需用多只LED 串聯(lián)且功率較大，則可以采用電感升壓變換器。它們都屬于升壓變換器一類的電源。

　　（2） 供給LED 的電源電壓在LED 的正向壓降附近變動(dòng)

　　供給LED 的電源電壓略高于LED 的正向壓降，在電池快用完電時(shí)，又有可能略低于LED 的正向壓降。為了配合鋰離子電池工作，在要求盡可能小的體積和盡可能低的成本下，可采用升壓- 降壓式變換器，或采用倍壓式電荷泵電升壓變換器。

　?。?） 電源電壓高于LED 的正向壓降

　　如電源電壓較高，像太陽能草坪燈、太陽能庭院燈、汽車內(nèi)外的照明燈，供電電池電壓可能為12V 或24V,遠(yuǎn)高于一只LED 的正向壓降，此時(shí)可采用降壓變換器，如線性的降壓穩(wěn)壓器或開關(guān)型穩(wěn)壓器。普通的線性穩(wěn)壓器（ 如市售的三端穩(wěn)壓器件） 效率較低，為了提高效率，在LED 的驅(qū)動(dòng)中，多采用低壓差的線性降壓穩(wěn)壓器（ LDO,其輸入、輸出電壓之差較?。?;或者采用開關(guān)型降壓穩(wěn)壓器（ 又稱DC /DC 降壓變換器） ,后者的效率較高，一般在LED 驅(qū)動(dòng)中大都采用它。

　　考慮以上情況，筆者將通過三篇文章討論LED的低壓電源驅(qū)動(dòng)問題，即DC /DC 升壓變換器、DC /DC 降壓變換器以及DC /DC 降壓- 升壓變換器，分析其工作原理、電路波形、特點(diǎn)以及所用的IC 芯片等。本文討論DC /DC 升壓變換器。DC /DC 升壓變換器又可進(jìn)一步分成兩種：電感升壓式變換器和電荷泵升壓變換器。

　　1 電感升壓式變換器

　　1. 1 電感升壓型變換器的基本電路

　　電感升壓型（Boost） 開關(guān)式變換器工作原理的基本電路如圖1 所示。圖中方框代表控制器IC,它不僅集成了控制邏輯，還把開關(guān)管VT 集成在里邊，有時(shí)甚至將開關(guān)二極管VD（ 有的IC 資料稱之為同步整流器或簡稱為整流管） 也集成在一起，使得外接元件數(shù)量很少，電路組成十分簡單。但如果所驅(qū)動(dòng)LED 的功率太大，就要把開關(guān)管VT 和開關(guān)二極管VD 放在外面，而只把開關(guān)管的柵極驅(qū)動(dòng)器集成在里邊。

圖1 電感升壓變換器的工作原理圖

　　不難看出，電感升壓型變換器電路的組成和開關(guān)電源及電子鎮(zhèn)流器中的臨界導(dǎo)通式有源功率因數(shù)校正電路十分相似。實(shí)際上，它們的工作原理也十分相似，在這里，經(jīng)過開關(guān)管VT、升壓電感L 及開關(guān)二極管VD 的共同作用，也能將輸入電壓提高，使輸出電壓高于輸入電壓。至于提升的多少則取決于開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間的長短或開關(guān)的占空比D 的大小，占空比D 愈大，則輸出電壓愈高。但這類控制IC的結(jié)構(gòu)比有源功率因數(shù)校正電路的控制器IC 要簡單得多，外接引腳數(shù)也少，使用起來十分簡便。

　　這種電路因?yàn)檩斎牒洼敵鍪请娺B接在一起的，并無隔離，所以通稱為非隔離型電源變換器。輸入是較低的直流電壓，輸出則是較高的直流電壓，并以恒流方式供給LED 使之發(fā)光。

　　由于工作電壓較低，要求開關(guān)二極管VD 耐壓也較低，一般VD 均采用耐壓低而本身壓降較小、開關(guān)速度較高的肖特基二極管，由于其正向壓降小，故消耗功率低，