LED低壓驅動電源—DC/DC 升壓變換器（上）

介紹了兩種用DC /DC 升壓變換器驅動LED 的電路，對電路的工作情況進行了詳細分析，推導了輸出電壓與輸入電壓的關系，并以占空比D 表示。最后給出一些芯片實例。

　　前言

　　如用低壓電池驅動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（ 汽車內直流供電電壓）。

　　根據電池電壓與LED 正向壓降的相對大小，可能出現以下幾種情況：

　　（1） 電池電壓低于LED 的正向壓降

　　這是一種常見的情況，如想用一節干電池或鎳鉻/ 鎳氫電池去驅動一只LED,或者用較高電池電壓去驅動多只串聯的LED,但電池電壓低于LED 串的正向壓降，例如，在手電筒中用一節電池驅動LED,電池電壓為0. 8（1. 65V,低于LED 的正向壓降，此時必須把它的電壓升高，達到足以把LED 點亮的程度。

　　考慮到功率不大，可以采用電荷泵式升壓變換器（ 或稱開關電容式升壓變換器）。如需用多只LED 串聯且功率較大，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

　　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，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。

　　（3） 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、汽車內外的照明燈，供電電池電壓可能為12V 或24V,遠高于一只LED 的正向壓降，此時可采用降壓變換器，如線性的降壓穩壓器或開關型穩壓器。普通的線性穩壓器（ 如市售的三端穩壓器件） 效率較低，為了提高效率，在LED 的驅動中，多采用低壓差的線性降壓穩壓器（ LDO,其輸入、輸出電壓之差較小） ;或者采用開關型降壓穩壓器（ 又稱DC /DC 降壓變換器） ,后者的效率較高，一般在LED 驅動中大都采用它。

　　考慮以上情況，筆者將通過三篇文章討論LED的低壓電源驅動問題，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，還把開關管VT 集成在里邊，有時甚至將開關二極管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，使得外接元件數量很少，電路組成十分簡單。但如果所驅動LED 的功率太大，就要把開關管VT 和開關二極管VD 放在外面，而只把開關管的柵極驅動器集成在里邊。

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電源及電子鎮流器中的臨界導通式有源功率因數校正電路十分相似。實際上，它們的工作原理也十分相似，在這里，經過開關管VT、升壓電感L 及開關二極管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管的導通時間的長短或開關的占空比D 的大小，占空比D 愈大，則輸出電壓愈高。但這類控制IC的結構比有源功率因數校正電路的控制器IC 要簡單得多，外接引腳數也少，使用起來十分簡便。

　　這種電路因為輸入和輸出是電連接在一起的，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 使之發光。

　　由于工作電壓較低，要求開關二極管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，