升壓轉換器--可提升白光LED的電池電壓

白光 LED 正一路殺入白熾燈以前大行其道的許多市場。閃光燈進入了更新型的應用領域,其中其所展顯出的可靠性、耐久性以及 LED 功耗控制能力使這些器件極具吸引力。在采用白熾燈時,對器件的電源管理只是簡單的開關切換。然而 LED 不能直接采用閃光燈中典型的兩個電池進行操作,因為它們要求的電壓是介于 2.8～4V 之間的,而相比之下電池電壓只有 1.8～3V。電源管理的復雜性有所增加,因為 LED 的光輸出與電流相關,而 LED的特征與電壓呈現出極端非線性的關系。解決此問題的方法之一是提高電源的電流限制。目前市場上有眾多可用的 LED 應用器件;但是,對于閃光燈應用所需的 1～5W 功率而言,它們的額定電流通常都太低了。

圖1：升壓轉換器IC是提升驅動白光LED電壓的正確選擇。

圖1說明了一種通常可提升電源調節器的方案。升壓轉換器 IC - IC1可以產生白光LED所需要的更高電壓。內部升壓功率級 (buck power stage) 可連接 VIN 與 PGND,從而為輸出引腳L 提供電流。此電路通過打開高端開關進行操作,從而可以連接電感器 L1 上的電池電壓。一旦電感器 L1 儲存了足夠的能量,高端開關即關閉。電感器電流可驅動開關節點切換到負極,并驅動能量通過低端轉移到輸出電容器 C1,從而創建基本無損耗的開關事件。另外,由于高端與低端開關是 MOSFET,因此壓降低于二極管實施;從而可以實現極高的效率。轉換器 IC 通過電流感應電阻器能監控流經 LED 的電流,同時將電流感應電壓與轉換器 IC 中的內部 0.45V 參考電壓進行對比,以實現調節功能。因此,電流與照度是電流感應電阻器電壓的函數。盡管 IC 的內部參考電壓比其他大多數 IC 的電壓要低,但其確實會造成可測量的功率損耗。在采用 2.8～4V 的 LED 電壓時,其會使效率降低 10～14％。通過降低電阻器值,并采用放大器感應低電壓時的電流可以降低這種損耗。

圖2：電阻性電流感應會對圖1中電路的效率產生負面影響。

圖2顯示了在350mA電流調整點時的負載電流調節與升壓電壓。效率在正常的電池電壓范圍內達到80％以上,但是隨著電池電壓降低到壽命終點值,效率會降低。另外,該圖還說明了電阻性電流感應的影響。在高輸入電壓時,效率接近95％,而在低輸入電壓時,效率將降低到80％。曲線的趨勢源自兩個相關的效應：在高輸入電壓時,輸入電流和開關電流較低。因此,傳導性和開關損耗較低。其次,與自耦變壓器極其類似, 升壓功率級不處理總輸入功率。功率級處理的功率量與升壓電壓相關,或者與輸入電壓和LED電壓之間的壓差相關。在此設計中,LED電壓大約為3.7V,因此,在3.2V的高壓線路上,功率級只處理功率的13％（(3.7-3.2)/3.7）。在電流高得多的低壓線路上,功率級可以處理4倍功率,也就是說 50％ 的功率。