升压转换器--可提升白光LED的电池电压

白光 LED 正一路杀入白炽灯以前大行其道的许多市场。闪光灯进入了更新型的应用领域,其中其所展显出的可靠性、耐久性以及 LED 功耗控制能力使这些器件极具吸引力。在采用白炽灯时,对器件的电源管理只是简单的开关切换。然而 LED 不能直接采用闪光灯中典型的两个电池进行操作,因为它们要求的电压是介于 2.8～4V 之间的,而相比之下电池电压只有 1.8～3V。电源管理的复杂性有所增加,因为 LED 的光输出与电流相关,而 LED的特征与电压呈现出极端非线性的关系。解决此问题的方法之一是提高电源的电流限制。目前市场上有众多可用的 LED 应用器件;但是,对于闪光灯应用所需的 1～5W 功率而言,它们的额定电流通常都太低了。

图1：升压转换器IC是提升驱动白光LED电压的正确选择。

图1说明了一种通常可提升电源调节器的方案。升压转换器 IC - IC1可以产生白光LED所需要的更高电压。内部升压功率级 (buck power stage) 可连接 VIN 与 PGND,从而为输出引脚L 提供电流。此电路通过打开高端开关进行操作,从而可以连接电感器 L1 上的电池电压。一旦电感器 L1 储存了足够的能量,高端开关即关闭。电感器电流可驱动开关节点切换到负极,并驱动能量通过低端转移到输出电容器 C1,从而创建基本无损耗的开关事件。另外,由于高端与低端开关是 MOSFET,因此压降低于二极管实施;从而可以实现极高的效率。转换器 IC 通过电流感应电阻器能监控流经 LED 的电流,同时将电流感应电压与转换器 IC 中的内部 0.45V 参考电压进行对比,以实现调节功能。因此,电流与照度是电流感应电阻器电压的函数。尽管 IC 的内部参考电压比其他大多数 IC 的电压要低,但其确实会造成可测量的功率损耗。在采用 2.8～4V 的 LED 电压时,其会使效率降低 10～14％。通过降低电阻器值,并采用放大器感应低电压时的电流可以降低这种损耗。

图2：电阻性电流感应会对图1中电路的效率产生负面影响。

图2显示了在350mA电流调整点时的负载电流调节与升压电压。效率在正常的电池电压范围内达到80％以上,但是随着电池电压降低到寿命终点值,效率会降低。另外,该图还说明了电阻性电流感应的影响。在高输入电压时,效率接近95％,而在低输入电压时,效率将降低到80％。曲线的趋势源自两个相关的效应：在高输入电压时,输入电流和开关电流较低。因此,传导性和开关损耗较低。其次,与自耦变压器极其类似, 升压功率级不处理总输入功率。功率级处理的功率量与升压电压相关,或者与输入电压和LED电压之间的压差相关。在此设计中,LED电压大约为3.7V,因此,在3.2V的高压线路上,功率级只处理功率的13％（(3.7-3.2)/3.7）。在电流高得多的低压线路上,功率级可以处理4倍功率,也就是说 50％ 的功率。