LED低压驱动电源—DC/DC 升压变换器（下）

　　开关电容变换器的工作过程是：首先由电容储存能量，然后按受控方式向输出释放能量，以便在输出端获得所需要的电压。电容能量的获得和释放是由开关阵列、振荡器、逻辑电路、比较器、控制电路等来实现的。暂且撇开具体的电路不谈，先用图8 的原理图来说明输出电压是如何提高的。这里受控开关S1、S2、S3、S4都包含在IC 内部，它们的动作次序和在某一状态停留的时间是由内部逻辑电路控制的；只有电容是外接的。

图8 开关电容式变换器的原理图

　　假定电路按两相工作。在第一相，受控开关S₁、S₂闭合，S₃、S₄打开，此时输入电压对电容C₁充电，其极性为左正右负，大小与输入电压相同。输出则由原来储存电荷的电容CO对LED放电，使之发光。接着，在第二相，受控开关S₁、S₂打开，S₃、S₄闭合，输入电压与电容C₁电压相叠加，如认为在开关S3、S4闭合期间电容的电压变化很小，则在输出电容C_O上得到的电压将是输入电压的2 倍。将输出电压与输入电压之比称为倍增因子，则此电路的倍增因子等于2.输出电压为负载LED提供电流I_O,由能量守恒定律，输入电压为输出电压之半，所以输入端的平均电流应等于输出电流I_O的2 倍。这种二倍压的情况和通常熟知的倍压整流电路将输入电压提升1 倍的情况极为相似。

　　一般开关信号的占空比为50% 时，电荷转移的效率最高。

3. 2 输出电压纹波之计算

　　如在IC 控制下，输出电压供给LED使之发光的电流是恒定的IO,即CO以恒定电流放电，则它的输出电压将线性下降，按占空比为50% 计算，总的输出纹波电压的峰- 峰值为：

　　ΔV_O= Q /C_O= T × I_O/2C_O= I_O/ （2C_Of_sw）（11）

　　可见，要减少纹波电压，必须提高开关频率fsw或增加输出电容C_O值。在一定的纹波电压下，如采用较高的频率，则允许采用较小的输出电容。一般开关电容升压型变换器都用小型的X5R 或X7R 型陶瓷电容，其ESR（ 等效串联电阻） 和尺寸均较小，占用空间不大，价格比电感便宜得多，故成本较低。

　　像倍压整流电路一样，这种电路的输出电压V_O随输出电流I_O的增加而减少，如式（12） 所示。

　　V_O= 2V_IN- I_O× R_O（12）

　　式中，R_O为电路的等效输出电阻，与所用的开关的串联电阻、电容C₁、C₀的等效串联电阻（ESR） 的大小有关。为提高其电压调整率，使输出电压不随输出电流的增加下降很多，应尽量选用ESR 小、电容量大的电容、导通电阻小的开关管，并提高开关频率。减少这些电阻，可以减小输出电阻R_O的值，改善电路的输出特性。

　　开关电容式变换器由于省去了电感升压型变换器中的电感，故体积和成本均比较低，输入端的电磁辐射也较低，只需用小型的电容即可滤除。

3. 3 多种倍增输出的开关电容式变换器的工作原理

　　利用更多的受控开关和电容，改变输出电压与输入电压之比，并在供电电池使用过程中，随着电池电压的降低，自动地依次改变电路的倍增因子，使其由小到大变化，就能保证在电池电压下降时，有足够高的输出电压来驱动LED.此时，电压倍增的原理图如图9 所示。

图9 多种倍增输出的开关电容式变换器原理电路