电感升压开关变换器基本电路拓扑及其特点

一、基本电路拓扑与工作原理

基于电感升压开关型变换器的LED驱动电路广泛应用于电池供电的消费类便携电子设备的背光照明中。电感升压变换器基本电路拓扑主要由升压电感器(L1 )、功率开关MOSFET( VT1)、控制电路、升压二极管(VD1 )和输出电容器(C0)组成，如图1(a )所示。

 

 

图1电感升压变换器基本电路及其工作原理图

在便携式设各中所使用的DC/DC升压变换器，其控制器和功率MOSFET (VT1)一般都是集成在同一芯片上，有的还将升压二极管(VD1 )也集成在一起，从而使外部元器件数量最少。

当控制器驱动VT1 导通时，VD1截止，L1中的电流不能突变，只能从零开始缓慢线性增加，并且电源在L1中储存能量夕咆流通过L1和VT1 返回到电源负端。在此过程中，输出电容C。给负载(Z)供电，如图(b)所示。

当控制器使VT1截止时， L1上的感应电动势(左负右正)使VD1正向偏置而导通， L1释放所储存的能量，电流逐渐减小。在此过程中，电感器L1中的储能与顺极性的输入电压共同给负载供电，同时对C1进行充电，如图1(c)所示。

在电感升压开关型变换器中，输出电压Vo与输入电VIN之间的关系为：

 

 

式中：D为开关占空比。

从式(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与VIN之比被称为变换器的升压比。

二、主要优点及不足

基于电感升压变换器的 LED 驱动电路大多被用于驱动若干个相串联的LED(有的也可以驱动先串后并的LED阵列)，其主要优点如下：

一是效率高，一般达80%～85%，比电容升压变换器约高20%。

二是在驱动串联配置的LED串时，由于通过各个LED 的电流相等，从而可保证LED的亮度一致。

三是电感升压开关稳压器通常被设置为一个恒流源，在较宽的电池电压范围内能保持LED亮度不变。

但是多电感升压变换器也存在一些不是，具体表现在以下几个方面：

一是尺寸太，价格较高。

二是在驱动串联配置的 LED串时，LED 的数量受到限制，通常其约40V的最高输出电压最多能够支持10～13个白光LED，不仅使PCB铜导线上的电流密度成为一个问题，而且只要有一个LED出现开路，其他所有的LED将会熄灭。

三是EMI比较严重。