提升LED驅動能力的級聯(lián)變換器

　　用3節(jié)堿性電池給20個~30個白色發(fā)光二極管(LED)供電，呈現(xiàn)了一個和傳統(tǒng)的升壓變換器有關的十分有趣的問題。所需的升壓比率和占空因子是不切實際和不可能實現(xiàn)的。如果用現(xiàn)存元件來設計并且級聯(lián)兩級升壓是可以產(chǎn)生合理結果的。這種拓撲已經(jīng)形成大約十年了，而工程師往往認為它太復雜。但是，這種方法對元件方面的要求有一定的好處。第一級轉換不需要容忍第二級轉換的總輸出電壓，第二級轉換沒有第一級轉換的電流要求。如果占空因子不是一個關注點，單級升壓的電流/電壓需求將需要一個更大，更昂貴的轉換器，這個轉換器可能輕易達到級聯(lián)升壓中兩個轉換器的成本。你也可以實現(xiàn)電感、整流器、濾波電容器的類似的優(yōu)勢。

　　這個設計實例可以給24個串接的白色或紫外發(fā)光二極管提供約20mA的能量。在4.5V直流輸入下，測量的效率是84.2%。這個數(shù)字對于2W~2.5W的變換器是合理的。在3V的直流輸入下，對于非級連變換器的全部升壓比可能超過30比1，需要的占空因子約為97%。對于級聯(lián)升壓變換器，這個占空因子是總升壓比平方根的函數(shù)。在一個正常的4.5V的直流輸入下，占空因子應略超過77%。

　　圖1中的電路實現(xiàn)了一個級連升壓

　　變換器。在圓形印刷電路板的一邊包含24個白色或紫外發(fā)光二極管，在另外一邊就是一些工作的電路。可以用紅色發(fā)光二級管替換3個或4個紫外發(fā)光二極管提供一個合適的可視背光。該項目利用20個廉價的發(fā)光二極管在一個比較有用的30度視角上為1.52W輸入提供400mW的光功率。其定向性同樣有利于防止對眼睛的意外損害。紫外線光源可以應用在很多場合，包括寶石檢驗、貨幣檢查等。PWM控制器IC1(LM3478)，在低至3VDC電壓下工作，排除了對充電泵的需要。晶體管額定柵極驅動小于3V。IC1同時驅動Q1和 Q2。該電路只需要一個控制器并利用現(xiàn)成的電感器。第一級電感和濾波電容器可以產(chǎn)生很大脈動，不會對最終輸出脈動產(chǎn)生不利影響。第一個整流器是一種廉價的 40V的肖特基二極管，第二個整流器是一個簡單的額定值為120V的小信號二極管。

　　IC1運行在R1設定的約為300kHz轉換頻率上。設計采用了一種斜率補償?shù)碾娏髂Ｊ娇刂品桨?。來自電流檢測電阻器R5的信號通過R3調節(jié)斜率補償。在這種情況下R5的值對于增強效率來講是很小的。由 R4計算出信號與門驅動輸出之和，通過腳1的電流檢測輸入增加其明顯的幅度。R2和C3是普通的補償元件。而且在這種情況下轉換器的響應時間是不重要的，所以選擇元件變得容易多了。

　　我們沒有經(jīng)過充分的分析是很容易忽略級聯(lián)升壓變換器。我們可以批量生產(chǎn)滿足需求的各種功能的元件，這樣也可以提供一個比原來想到的更具成本效益和更簡潔的方法。集成的回掃穩(wěn)壓器很容易規(guī)定許多元件，以便實現(xiàn)這類解決方案。