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基于AP3031的高效LED背光驱动电源方案

时间:2015-01-24  来源:扁平线圈电感厂家  点击:

随着电力电子技术的发展,越来越多的便携设备开始使用中小尺寸(7`~10塑封电感器`)的液晶面板作为显示输出装置。由于便携设备电池容量有限,低效率的背光电源方案功率电感会严重缩短设备的工作时间,因此如何提高背光驱动的效率显得至关重要。与此同时,随着市场竞争日趋激烈,生产成本也成为考量驱动方案的一个重要指标。

目前业界通常使用双级供电的电源方案为LED提供背光驱动,即从输入电源通过一级降压电路将电压降至5V,然后再通过一级升压电路为背光LED提供合适的驱动电压。这种方案的缺点是使用了两级供电,效率低而且成本偏高。

AP3031是BCD公司基于Poly emitter 工艺研制的新一代背光驱动IC,其特点是将芯片供电电压的最大值由业界常见的6V提高至20V。基于AP3031耐高压的特点,本文改进了背光驱动的方案,期望能够提高变换器的效率,同时降低方案成本。

升压型背光驱动

图1是常见的升压型背光驱动,其中输入电压Vin=5V,由电池电压经过一级降压电路得到。输出电压约为10V,驱动3x13的LED矩阵。使用示波器测量升压电路中各个功率器件的电压电流波形,可以得到各功率器件的损耗功率,升压电路的功率损耗分布如图2所示。

升压型背光驱动电路功耗分布图

由图2可以看出,导通损耗占了变换器损耗的最大部分,而导通损耗是电流流过功率管(图1中的Q和D)时产生的损耗。以Q管为例,Q管上的电压电流波形如图3所示。

其他电感器

电感电流波形图

所以Q管的导通损耗PQcON-loss为:

由式1~2可以看出,在输出功率Pout一定的情况下,输入电压与导通损耗成反比,因此选择较高的输入电压可以一体成型电感器有效降低功率开关管的导通损耗,提高变换器效率。

电感电流波形图

实验测试结果如图4所示,变换器的效率随着输入电压的增加而增加。最高可至93%,比5V输入时提高8%。需要注意的是,此方案中的供电电压必需要小于输出电压,当供电电压高于输出电压(如使用三芯锂电池直接供电),可采用下面的单级Sepic变换器方案。

单级Sepic变换器方案

Sepic电路既可以实现升压,也可以实现降压,所以非常适用于输入电压变化较大的便携式系统。同时,因为AP3031高达20V的耐压值,使得系统可以使用一级Sepic电路直接进行背光驱动。图5为单级Sepic背光驱动电路图,其工作原理如图6所示。

sepic电路图

Sepic工作原理图

图6中Sepic电路工作可以分为两个阶段:a. Q1管导通阶段,电流流过L1并且线性增加,C1电容通过L2放电,L2电流也线性增加;b. Q1管关断阶段,电流流过L1向C1进行充电,电流线性减小,同时L2向负载放电,电流线性减小。具体各点波形如图7所示。大电流电感

Sepic电路图

大电流电感

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