提升LED驱动能力的级联变换器设计

用3节碱性电池给20个"30个白色发光二极管(LED)供电，呈现了一个和传统的升压变换器有关的十分有趣的问题。

所需的升压比率和占空因子是不切实际和不可能实现的。如果用现存元件来设计并且级联两级升压是可以产生合理结果的。这种拓扑已经形成大约十年了，而工程师往往认为它太复杂。但是，这种方法对元件方面的要求有一定的好处。第一级转换不需要容忍第二级转换的总输出电压，第二级转换没有第一级转换的电流要求。如果占空因子不是一个关注点，单级升压的电流/电压需求将需要一个更大，更昂贵的转换器，这个转换器可能轻易达到级联升压中两个转换器的成本。你也可以实现电感、整流器、滤波电容器的类似的优势。

这个设计实例可以给24个串接的白色或紫外发光二极管提供约20mA的能量。在4.5V直流输入下，测量的效率是84.2%。这个数字对于2W"2.5W的变换器是合理的。在3V的直流输入下，对于非级连变换器的全部升压比可能超过30比1，需要的占空因子约为97%。对于级联升压变换器，这个占空因子是总升压比平方根的函数。在一个正常的4.5V的直流输入下，占空因子应略超过77%。



图1中的电路实现了一个级连升压变换器。在圆形印刷电路板的一边包含24个白色或紫外发光二极管，在另外一边就是一些工作的电路。可以用红色发光二级管替换3个或4个紫外发光二极管提供一个合适的可视背光。该项目利用20个廉价的发光二极管在一个比较有用的30度视角上为1.52W输入提供400mW的光功率。其定向性同样有利于防止对眼睛的意外损害。紫外线光源可以应用在很多场合，包括宝石检验、货币检查等。PWM控制器IC1(LM3478)，在低至3VDC电压下工作，排除了对充电泵的需要。晶体管额定栅极驱动小于3V。IC1同时驱动Q1和 Q2。该电路只需要一个控制器并利用现成的电感器。第一级电感和滤波电容器可以产生很大脉动，不会对最终输出脉动产生不利影响。第一个整流器是一种廉价的 40V的肖特基二极管，第二个整流器是一个简单的额定值为120V的小信号二极管。

IC1运行在R1设定的约为300kHz转换频率上。设计采用了一种斜率补偿的电流模式控制方案。来自电流检测电阻器R5的信号通过R3调节斜率补偿。在这种情况下R5的值对于增强效率来讲是很小的。由 R4计算出信号与门驱动输出之和，通过脚1的电流检测输入增加其明显的幅度。R2和C3是普通的补偿元件。而且在这种情况下转换器的响应时间是不重要的，所以选择元件变得容易多了。

我们没有经过充分的分析是很容易忽略级联升压变换器。我们可以批量生产满足需求的各种功能的元件，这样也可以提供一个比原来想到的更具成本效益和更简洁的方法。集成的回扫稳压器很容易规定许多元件，以便实现这类解决方案。