提升LED驅(qū)動能力的級聯(lián)變換器
用3節(jié)堿性電池給20個~30個白色發(fā)光二極管(LED)供電,呈現(xiàn)了一個和傳統(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關(guān)注點(diǎn),單級升壓的電流/電壓需求將需要一個更大,更昂貴的轉(zhuǎn)換器,這個轉(zhuǎn)換器可能輕易達(dá)到級聯(lián)升壓中兩個轉(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。
這個設(shè)計實(shí)例可以給24個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,這個占空因子是總升壓比平方根的函數(shù)。在一個正常的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)了一個級連升壓
變換器。在圓形印刷電路板的一邊包含24個白色或紫外發(fā)光二極管,在另外一邊就是一些工作的電路。可以用紅色發(fā)光二級管替換3個或4個紫外發(fā)光二極管提供一個合適的可視背光。該項目利用20個廉價的發(fā)光二極管在一個比較有用的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、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同時驅(qū)動Q1和 Q2。該電路只需要一個控制器并利用現(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。第一個整流器是一種廉價的 40V的肖特基二極管,第二個整流器是一個簡單的額定值為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)計采用了一種斜率補(bǔ)償?shù)碾娏髂J娇刂品桨浮碜噪娏鳈z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。
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