关于提升LED背光系统的中压升压转换器效率分析

低电压范围升压转换器通常用于移动设备，以便将电池电压(1.2V 至4.2V)提升到较高的电压水平（如1.5至20V），从而为应用电路供电。在这个电压范围里，传导损耗是主要的考虑因素。市面上存在许多专门设计用于这些应用的器件，连续传导模式(CCM)是这些器件的主要工作模式。

　　高电压范围升压转换器通常用作具有90V至270V AC输入和约400V DC输出的PFC转换器，在这些应用中，传导损耗并不像在低电压升压转换器中那么重要，需要更多地考虑开关损耗和抗噪声能力。因而PFC控制器通常采用某些特别的设计要素如临界导通 (CRM)工作模式、更高的电流感测电压。PFC控制器由于市场巨大而被广泛使用。

　　LED TV背光应用需要24V DC输入、 180V DC 0.4A输出升压转换器，相比前面提到的低电压和高电压范围升压转换器，这类中等电压升压转换器很少用于消费电子产品。在这种电压和额定功率值范围中，传导损耗、开关损耗和抗噪声能力均需予以考虑，很难找到一款适合的较廉价的器件。

　　拓扑和器件选择考虑事项

　　在设计消费产品解决方案时，始终需要避免使用昂贵的拓扑和器件。而且，由于DC输入节点和输出节点(LED阵列)均位于次级端，因而LED背光照明级无需进行隔离。即便我们还有软开关谐振半/全桥拓扑等其它选择，升压（boost）拓扑是LEDTV背光照明电源应用的最佳核心拓扑。

　　考虑到用于移动设备的升压控制器具有高PWM频率(通常为500KHz至6MHz)和低噪声兼容性(电压模式或低电流感测电压)。用于AC/DC电源的PWM控制器似乎更合适，因其具有高栅极驱动电压(超过10V)和高电流感测电压(通常为0.5V-1.2V)。但是，大多数AC/DCPWM控制器的工作频率为50kHz至100kHz。这种频率范围对于90-270VAC输入的电源是合适的，因为它能够平衡开关损耗和电感元件尺寸。不过，对于24VDC输入电源，该频率有些低，因为低工作频率需要使用大电感器。

　　CRM PFC控制器是最佳的选择，因为它不仅具备AC/DC PWM控制器的优势(高栅极驱动电压和高电流感测电压)，还能够通过选择电感将工作频率设置为最佳数值(200 kHz)。即便CRM PFC控制器的反馈回路在电压模式下工作，但是其锯齿波发生器和比较器内置在芯片中，并具有足够大的振幅。因而，在噪声兼容性方面不会出现问题。

　　提高效率

　　使用标准CRM PFC控制器来实现升压转换器，因为具有相对较低的输入/输出电压和临界导通模式工作方式，开关损耗并不是问题，其问题在于传导损耗。图1所示为升压转换器中的主要传导损耗来源。

我们可以看到导通期间的传导损耗来自于Rsense、Rdson和Rcoil，本文不讨论减小Rcoil的方法，下面将分别探讨如何减小Rsense和Rdson。

　　在PFC应用中，Rsense值由最大额定功率来决定，在出现异常过流情况时，Rsense上的电压应当达到逐脉冲限流电平（Vcslim），需要保留 10% 的余量范围，因而可由下式计算Rsense ：

　　对于本文探讨的应用，我们同样应当遵循这个公式。Rsense的功耗为：

　　因而得到：

　　我们可以看到Rsense的功耗与Vcslim成比例。标准PFC控制器的Vcslim约为0.5V至1.2V，以期避免噪声带来的错误触发。在FAN7930CM中Vcslim为0.8V。因为输入电压相对较高，而IQRMS相对较低，这个数值对于PFC应用是合适的。但对于24V输入应用，这一电压太高，使得PRsense过大。例如，我们使用飞兆半导体公司提供的设计工具，计算72WPFC(90VAC输入、400V/0.18A输出)的Rsense的功耗。我们得到结果：Rsense = 0.289Ω，Rsense的功耗为0.22W。然后得出Rsense上的效率损失为0.22/72×100%=0.31%，如果我们使用相同的设计工具，计算具有24V输入、180V/0.4A输出的72W PFC控制器，其结果为：Rsense = 0.077Ω，Rsense的功耗为0.96W，因而效率损失为0.96/72×100%=1.33%，相比90VAC输入状况高出三倍。

　　为了减小Rsense的功耗，我们设计了如图2所示的“电压垫高(Voltage block up)”电路，使用分压器R1和 R2在Vrs和Vsense引脚之间引入一个电压差，通过这个电压差，Vsense能够以较低的Rsense电压来达到 Vcslim。

在图3中， 我们可以看到通过增添R1和R2，即便Rsense上的电压降比Vcslim低很多，Vsense也能够达到(Vcslim/1.1)水平。这样可以降低Rsense的功耗。例如，在不使用R1和R2的情况下，如果Rsense为0.077Ω，当Ipk=10.39A，Vsense则为0.8V。如果Vgate=11V，R1=10KΩ，R2=400Ω，Rsense=0.0375Ω，当Ipk=10.39A，Vsense也可达到0.8V。但是，如果Rsense=0.0375Ω，Rsense的功耗则为0.47W，效率损失为0.47/72×100%=0.65%，相对于使用0.77Ω Rsense，效率则可以提高0.68%。

在MOSFET晶片尺寸和封装相同的情