基于電感升壓開(kāi)關(guān)型變換器的LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)
2013-04-16 15:10:29 來(lái)源：大比特半導(dǎo)體器件網(wǎng) 點(diǎn)擊：1628
摘要： 基于電感升壓開(kāi)關(guān)型變換器的LED驅(qū)動(dòng)電路廣泛應(yīng)用于電池供電的消費(fèi)類便攜電子設(shè)備的背光照明中。
關(guān)鍵字： 電感器， LED驅(qū)動(dòng)， 電路， 芯片， 穩(wěn)壓器
一、基本電路拓?fù)渑c工作原理
基于電感升壓開(kāi)關(guān)型變換器的LED驅(qū)動(dòng)電路廣泛應(yīng)用于電池供電的消費(fèi)類便攜電子設(shè)備的背光照明中。電感升壓變換器基本電路拓?fù)渲饕缮龎弘姼衅?L1 )、功率開(kāi)關(guān)MOSFET( VT1)、控制電路、升壓二極管(VD1 )和輸出電容器(C0)組成，如圖1(a )所示。
圖1電感升壓變換器基本電路及其工作原理圖
在便攜式設(shè)各中所使用的DC/DC升壓變換器，其控制器和功率MOSFET (VT1)一般都是集成在同一芯片上，有的還將升壓二極管(VD1 )也集成在一起，從而使外部元器件數(shù)量最少。
當(dāng)控制器驅(qū)動(dòng)VT1 導(dǎo)通時(shí)，VD1截止，L1中的電流不能突變，只能從零開(kāi)始緩慢線性增加，并且電源在L1中儲(chǔ)存能量夕咆流通過(guò)L1和VT1 返回到電源負(fù)端。在此過(guò)程中，輸出電容C。給負(fù)載(Z)供電，如圖(b)所示。
當(dāng)控制器使VT1截止時(shí)， L1上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(左負(fù)右正)使VD1正向偏置而導(dǎo)通， L1釋放所儲(chǔ)存的能量，電流逐漸減小。在此過(guò)程中，電感器L1中的儲(chǔ)能與順極性的輸入電壓共同給負(fù)載供電，同時(shí)對(duì)C1進(jìn)行充電，如圖1(c)所示。
在電感升壓開(kāi)關(guān)型變換器中，輸出電壓Vo與輸入電VIN之間的關(guān)系為：
式中：D為開(kāi)關(guān)占空比。
從式(1)可知，由于D <1，(1 -D)<1，故Vo>VIN。占空比D越大，Vo也就越高。Vo與VIN之比被稱為變換器的升壓比。
二、主要優(yōu)點(diǎn)及不足
基于電感升壓變換器的 LED 驅(qū)動(dòng)電路大多被用于驅(qū)動(dòng)若干個(gè)相串聯(lián)的LED(有的也可以驅(qū)動(dòng)先串后并的LED陣列)，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：
一是效率高，一般達(dá)80%～85%，比電容升壓變換器約高20%。
二是在驅(qū)動(dòng)串聯(lián)配置的LED串時(shí)，由于通過(guò)各個(gè)LED 的電流相等，從而可保證LED的亮度一致。
三是電感升壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器通常被設(shè)置為一個(gè)恒流源，在較寬的電池電壓范圍內(nèi)能保持LED亮度不變。
但是多電感升壓變換器也存在一些不是，具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
一是尺寸太，價(jià)格較高。
二是在驅(qū)動(dòng)串聯(lián)配置的 LED串時(shí)，LED 的數(shù)量受到限制，通常其約40V的最高輸出電壓最多能夠支持10～13個(gè)白光LED，不僅使PCB銅導(dǎo)線上的電流密度成為一個(gè)問(wèn)題，而且只要有一個(gè)LED出現(xiàn)開(kāi)路，其他所有的LED將會(huì)熄滅。
三是EMI比較嚴(yán)重。
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株式會(huì)社村田制作所完成了車載通信設(shè)備用高頻電感器“LQP02HQ_Z2系列”的商品化。本產(chǎn)品為0402尺寸，體積小巧，但其品質(zhì)性能滿足汽車行業(yè)所要求的AEC-Q200等嚴(yán)格條件。
基于氣霧化Fe-Si-Al顆粒的磁粉心由于其低損耗、高直流疊加特性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各種電感器中。然而，F(xiàn)e-Si-Al合金顆粒像鋼球一樣硬，成型時(shí)無(wú)塑性變形、難獲得高密度。通過(guò)在粉末中添加有機(jī)添加劑可以調(diào)整粉末流動(dòng)性、改善成型強(qiáng)度，并顯著提高生坯的密度。
在功率變換器中，變壓器、電感器的損耗占總損耗的20%-30%，從降低損耗角度而言，需要采用新材料和新工藝，以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的高可靠性和高效率。
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