提升LED驅(qū)動能力的級聯(lián)變換器設(shè)計(jì)

　　用3節(jié)堿性電池給20個(gè)~30個(gè)白色發(fā)光二極管(LED)供電，呈現(xiàn)了一個(gè)和傳統(tǒng)的升壓變換器有關(guān)的十分有趣的問題。

　　所需的升壓比率和占空因子是不切實(shí)際和不可能實(shí)現(xiàn)的。如果用現(xiàn)存元件來設(shè)計(jì)并且級聯(lián)兩級升壓是可以產(chǎn)生合理結(jié)果的。這種拓?fù)湟呀?jīng)形成大約十年了，而工程師往往認(rèn)為它太復(fù)雜。但是，這種方法對元件方面的要求有一定的好處。第一級轉(zhuǎn)換不需要容忍第二級轉(zhuǎn)換的總輸出電壓，第二級轉(zhuǎn)換沒有第一級轉(zhuǎn)換的電流要求。如果占空因子不是一個(gè)關(guān)注點(diǎn)，單級升壓的電流/電壓需求將需要一個(gè)更大，更昂貴的轉(zhuǎn)換器，這個(gè)轉(zhuǎn)換器可能輕易達(dá)到級聯(lián)升壓中兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的成本。你也可以實(shí)現(xiàn)電感、整流器、濾波電容器的類似的優(yōu)勢。

　　這個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例可以給24個(gè)串接的白色或紫外發(fā)光二極管提供約20mA的能量。在4.5V直流輸入下，測量的效率是84.2%。這個(gè)數(shù)字對于2W~2.5W的變換器是合理的。在3V的直流輸入下，對于非級連變換器的全部升壓比可能超過30比1，需要的占空因子約為97%。對于級聯(lián)升壓變換器，這個(gè)占空因子是總升壓比平方根的函數(shù)。在一個(gè)正常的4.5V的直流輸入下，占空因子應(yīng)略超過77%。

　　圖1中的電路實(shí)現(xiàn)了一個(gè)級連升壓變換器。在圓形印刷電路板的一邊包含24個(gè)白色或紫外發(fā)光二極管，在另外一邊就是一些工作的電路?？梢杂眉t色發(fā)光二級管替換3個(gè)或4個(gè)紫外發(fā)光二極管提供一個(gè)合適的可視背光。該項(xiàng)目利用20個(gè)廉價(jià)的發(fā)光二極管在一個(gè)比較有用的30度視角上為1.52W輸入提供400mW的光功率。其定向性同樣有利于防止對眼睛的意外損害。紫外線光源可以應(yīng)用在很多場合，包括寶石檢驗(yàn)、貨幣檢查等。PWM控制器IC1(LM3478)，在低至3VDC電壓下工作，排除了對充電泵的需要。晶體管額定柵極驅(qū)動小于3V。IC1同時(shí)驅(qū)動Q1和 Q2。該電路只需要一個(gè)控制器并利用現(xiàn)成的電感器。第一級電感和濾波電容器可以產(chǎn)生很大脈動，不會對最終輸出脈動產(chǎn)生不利影響。第一個(gè)整流器是一種廉價(jià)的 40V的肖特基二極管，第二個(gè)整流器是一個(gè)簡單的額定值為120V的小信號二極管。

　　IC1運(yùn)行在R1設(shè)定的約為300kHz轉(zhuǎn)換頻率上。設(shè)計(jì)采用了一種斜率補(bǔ)償?shù)碾娏髂Ｊ娇刂品桨?。來自電流檢測電阻器R5的信號通過R3調(diào)節(jié)斜率補(bǔ)償。在這種情況下R5的值對于增強(qiáng)效率來講是很小的。由 R4計(jì)算出信號與門驅(qū)動輸出之和，通過腳1的電流檢測輸入增加其明顯的幅度。R2和C3是普通的補(bǔ)償元件。而且在這種情況下轉(zhuǎn)換器的響應(yīng)時(shí)間是不重要的，所以選擇元件變得容易多了。

　　我們沒有經(jīng)過充分的分析是很容易忽略級聯(lián)升壓變換器。我們可以批量生產(chǎn)滿足需求的各種功能的元件，這樣也可以提供一個(gè)比原來想到的更具成本效益和更簡潔的方法。集成的回掃穩(wěn)壓器很容易規(guī)定許多元件，以便實(shí)現(xiàn)這類解決方案。