DIY之基于電感升壓變換器的LED驅動電路設計

基本電路拓撲與工作原理

基于電感升壓開關型變換器的LED驅動電路廣泛應用于電池供電的消費類便攜電子設備的背光照明中。電感升壓變換器基本電路拓撲主要由升壓電感器(L1 )、功率開關MOSFET( VT1)、控制電路、升壓二極管(VD1 )和輸出電容器(C0)組成，如圖1(a )所示。

圖1 電感升壓變換器基本電路及工作原理

在便攜式設各中所使用的DC/DC升壓變換器，其控制器和功率MOSFET (VT1)一般都是集成在同一芯片上，有的還將升壓二極管(VD1 )也集成在一起，從而使外部元器件數量最少。

當控制器驅動VT1 導通時，VD1截止，L1中的電流不能突變，只能從零開始緩慢線性增加，并且電源在L1中儲存能量夕咆流通過L1和VT1 返回到電源負端。在此過程中，輸出電容C。給負載(Z)供電，如圖(b)所示。

當控制器使VT1截止時， L1上的感應電動勢(左負右正)使VD1正向偏置而導通， L1釋放所儲存的能量，電流逐漸減小。在此過程中，電感器L1中的儲能與順極性的輸入電壓共同給負載供電，同時對C1進行充電，如圖1(c)所示。

在電感升壓開關型變換器中，輸出電壓Vo與輸入電VIN之間的關系為：

式中：D為開關占空比。

從式(1)可知，由于D 《1，(1 -D)《1，故Vo》VIN。占空比D越大，Vo也就越高。Vo與VIN之比被稱為變換器的升壓比。

主要優點及不足

基于電感升壓變換器的 LED 驅動電路大多被用于驅動若干個相串聯的LED(有的也可以驅動先串后并的LED陣列)，其主要優點如下：

一是效率高，一般達80%～85%，比電容升壓變換器約高20%。

二是在驅動串聯配置的LED串時，由于通過各個LED 的電流相等，從而可保證LED的亮度一致。

三是電感升壓開關穩壓器通常被設置為一個恒流源，在較寬的電池電壓范圍內能保持LED亮度不變。

但是多電感升壓變換器也存在一些不是，具體表現在以下幾個方面：

一是尺寸太，價格較高。

二是在驅動串聯配置的 LED串時，LED 的數量受到限制，通常其約40V的最高輸出電壓最多能夠支持10～13個白光LED，不僅使PCB銅導線上的電流密度成為一個問題，而且只要有一個LED出現開路，其他所有的LED將會熄滅。

三是EMI比較嚴重。