LED低压驱动电源—DC/DC 升压变换器（下）

　　（1） 如在第一相，令开关S₁、S₂、S₃闭合，其余开关断开，输入电压对串联的电容C₁、C₂充电，设C₁=C₂,则它们各自充电到输入电压的一半，即V_C1= V_C2= V_IN/2;在第二相，如S₄、S₅、S₆、S₈闭合，其余开关断开，则输入电压与并联的C₁、C₂相串联，对输出电容C_O充电，输出电压V_O= V_IN+ V_IN/2 = 3V_IN/2,为输入电压的1. 5 倍，即倍增因子为1. 5;

（2） 如在第一相，开关S₅、S₂、S₃闭合，其余开关断开，则输入电压对C₂充电，V_C2= V_IN;在第二相，如S₆、S₈闭合，其余开关断开，则输入电压与C₂电压相串联，对输出电容C_O充电，输出电压V_O= V_IN+ V_IN=2V_IN,为输入电压的2 倍，倍增因子为2;

（3） 如只让开关S₇闭合，则输出电压等于输入电压，倍增因子为1;

（4） 类似地，如果电路能够按三相操作，通过开关的转换，令在第一相：V_IN= V_C1+ V_C2;在第二相：V_O= V_IN+ V_C1;在第三相：V_O= V_IN- V_C1+ V_C2.将第二相关系式代入第三相关系式得V_C2= 2V_C1,代入第一相式得V_C1= V_IN/3,最后得输出电压V_O= V_IN+ V_C1=4V_IN/3 = 1. 33V_IN,实现输出电压为输入电压的1. 33倍，即倍增因子为1. 33.

　　可见，采用较多的受控开关和电容，通过IC 内部逻辑电路的控制，实现多相的操作，可以使电路的输出电压有多种倍增因子，如1、1. 33、1. 5 和2,并能根据输入电压的降低情况自动地进行切换。

　　锂离子电池的额定电压为3. 6 ~ 3. 7V,充满电后能达到4. 2 ~ 4. 3V,深度放电后电压可能下降到2. 7V.可见，在其使用过程中电压变化是很大的。

　　为了给LED正确供电，驱动器的输出电压应当始终超过LED的正向压降，而又不超过太多。这就要求IC 能够根据检测输入端锂离子电池的使用情况及其电压下降多少，自动改变输出电压的倍增因子。在开始电池电压高时，令倍增因子为1;而在电池消耗一段时间后、电池电压变低时，驱动器根据需要自动改变其工作模式（ 称为自适应切换） ,使输出电压依次变为输入电压的1. 33 倍、1. 5 倍和2 倍。这样，在电池的整个工作过程中，驱动器既能提供满足LED正常工作的足够高的输出电压，又能减少在电荷泵电路和电流调节器内部所消耗的功率，从而大大提高电池的使用效率。

3. 4 不同运行模式下的效率

　　电路可以按照不同模式工作（ 两模式、三模式、四模式） 来提升输出电压。在两模式中，输出电压按1 倍、2 倍提升；三模式中，输出电压按1 倍、1. 5 倍、2倍提升；四模式中，输出电压按1 倍、1. 33 倍、1. 5 倍、2 倍提升。电源的效率会随输入电压的变化而不同，如图10 所示。图中横坐标的右端相当于开始使用时的电池电压（ 锂离子电池充满电的初始状态为4. 4V） ,之后随着时间的推移，电池电压逐渐降低，由右向左移动，横坐标的最左边为2. 2V,相当于电池快用完时的最低电压。在倍增模式转换之初，电压较高，内部消耗较多，故效率较低，而后随电压的降低效率逐渐提高。其中以四模式的平均效率为最高，基本上和电感升压型变换器差不多；两模式最差，位于其余两条曲线之下，最低时不足50%。

图10 不同运行模式下效率随输入电压的变化

　　由图可见，开关电容型变换器的效率起伏很大，与其工作模式有关。即便在复杂的四模式中，其平均效率也不及电感升压型变换器。

3. 5 电荷泵升压变换器（ 开关电容变换器） 芯片举例---MAX1576

　　开关电容式升压变换器由于不用电感，具有尺寸小、成本低廉的优点，许多芯片公司都有相应的产品面市，如安森美公司、凌特公司、美信公司等。这里，我们以美信公司的MAX1576 为例加以介绍。它是一种驱动电流达480mA、按1 倍、1. 5 倍、2 倍三模式升压的开关电容型变换器。主要用在有照相功能的手机中驱动LED背光源和照相闪光灯，也应用在PDA、数字照相机、手提摄像机等便携电子产品中。