LED低压驱动电源—DC/DC 升压变换器（上）

介绍了两种用DC /DC 升压变换器驱动LED的电路，对电路的工作情况进行了详细分析，推导了输出电压与输入电压的关系，并以占空比D 表示。最后给出一些芯片实例。

前言

　　如用低压电池驱动LED,所用的电池类型一般为可充电电池，如镍铬电池、镍氢电池、锂离子电池等。电压范围为：1. 2 ~ 24V（ 汽车内直流供电电压）。

　　根据电池电压与LED正向压降的相对大小，可能出现以下几种情况：

　　（1） 电池电压低于LED 的正向压降

　　这是一种常见的情况，如想用一节干电池或镍铬/ 镍氢电池去驱动一只LED,或者用较高电池电压去驱动多只串联的LED,但电池电压低于LED 串的正向压降，例如，在手电筒中用一节电池驱动LED,电池电压为0. 8（1. 65V,低于LED 的正向压降，此时必须把它的电压升高，达到足以把LED 点亮的程度。

　　考虑到功率不大，可以采用电荷泵式升压变换器（ 或称开关电容式升压变换器）。如需用多只LED 串联且功率较大，则可以采用电感升压变换器。它们都属于升压变换器一类的电源。

　　（2） 供给LED 的电源电压在LED 的正向压降附近变动

　　供给LED 的电源电压略高于LED 的正向压降，在电池快用完电时，又有可能略低于LED 的正向压降。为了配合锂离子电池工作，在要求尽可能小的体积和尽可能低的成本下，可采用升压- 降压式变换器，或采用倍压式电荷泵电升压变换器。

　　（3） 电源电压高于LED 的正向压降

　　如电源电压较高，像太阳能草坪灯、太阳能庭院灯、汽车内外的照明灯，供电电池电压可能为12V 或24V,远高于一只LED 的正向压降，此时可采用降压变换器，如线性的降压稳压器或开关型稳压器。普通的线性稳压器（ 如市售的三端稳压器件） 效率较低，为了提高效率，在LED 的驱动中，多采用低压差的线性降压稳压器（ LDO,其输入、输出电压之差较小） ;或者采用开关型降压稳压器（ 又称DC /DC 降压变换器） ,后者的效率较高，一般在LED 驱动中大都采用它。

　　考虑以上情况，笔者将通过三篇文章讨论LED的低压电源驱动问题，即DC /DC 升压变换器、DC /DC 降压变换器以及DC /DC 降压- 升压变换器，分析其工作原理、电路波形、特点以及所用的IC 芯片等。本文讨论DC /DC 升压变换器。DC /DC 升压变换器又可进一步分成两种：电感升压式变换器和电荷泵升压变换器。

1 电感升压式变换器

1. 1 电感升压型变换器的基本电路

　　电感升压型（Boost） 开关式变换器工作原理的基本电路如图1 所示。图中方框代表控制器IC,它不仅集成了控制逻辑，还把开关管VT 集成在里边，有时甚至将开关二极管VD（ 有的IC 资料称之为同步整流器或简称为整流管） 也集成在一起，使得外接元件数量很少，电路组成十分简单。但如果所驱动LED 的功率太大，就要把开关管VT 和开关二极管VD 放在外面，而只把开关管的栅极驱动器集成在里边。

图1 电感升压变换器的工作原理图

　　不难看出，电感升压型变换器电路的组成和开关电源及电子镇流器中的临界导通式有源功率因数校正电路十分相似。实际上，它们的工作原理也十分相似，在这里，经过开关管VT、升压电感L 及开关二极管VD 的共同作用，也能将输入电压提高，使输出电压高于输入电压。至于提升的多少则取决于开关管的导通时间的长短或开关的占空比D 的大小，占空比D 愈大，则输出电压愈高。但这类控制IC的结构比有源功率因数校正电路的控制器IC 要简单得多，外接引脚数也少，使用起来十分简便。

　　这种电路因为输入和输出是电连接在一起的，并无隔离，所以通称为非隔离型电源变换器。输入是较低的直流电压，输出则是较高的直流电压，并以恒流方式供给LED 使之发光。

　　由于工作电压较低，要求开关二极管VD 耐压也较低，一般VD 均采用耐压低而本身压降较小、开关速度较高的肖特基二极管，由于其正向压降小，故消耗功率低，