目前業(yè)界通常使用雙級供電的電源方案為LED提供背光驅(qū)動，即從輸入電源通過一級降壓電路將電壓降至5V,，然后再通過一級升壓電路為背光LED提供合適的驅(qū)動電壓,。這種方案的缺點是使用了兩級供電，效率低而且成本偏高。

AP3031是BCD公司基于Poly emitter 工藝研制的新一代背光驅(qū)動IC,，其特點是將芯片供電電壓的最大值由業(yè)界常見的6V提高至20V,。基于AP3031耐高壓的特點,，本文改進了背光驅(qū)動的方案,，期望能夠提高變換器的效率，同時降低方案成本,。

高輸入電壓方案

圖1 升壓型背光驅(qū)動
圖1是常見的升壓型背光驅(qū)動,，其中輸入電壓Vin=5V，由電池電壓經(jīng)過一級降壓電路得到,。輸出電壓約為10V,，驅(qū)動3x13的LED矩陣。使用示波器測量升壓電路中各個功率器件的電壓電流波形,，可以得到各功率器件的損耗功率,，升壓電路的功率損耗分布如圖2所示。

圖2 升壓型背光驅(qū)動電路功耗分布圖

由圖2可以看出,，導通損耗占了變換器損耗的最大部分,，而導通損耗是電流流過功率管(圖1中的Q和D)時產(chǎn)生的損耗。以Q管為例,，Q管上的電壓電流波形如圖3所示,。

圖3 電感電流波形圖

 

所以Q管的導通損耗PQcon-loss為：

   
由式1~2可以看出，在輸出功率Pout一定的情況下,輸入電壓與導通損耗成反比,，因此選擇較高的輸入電壓可以有效降低功率開關(guān)管的導通損耗,，提高變換器效率。

圖4 電感電流波形圖

實驗測試結(jié)果如圖4所示,，變換器的效率隨著輸入電壓的增加而增加,。最高可至93%，比5V輸入時提高8%,。需要注意的是,，此方案中的供電電壓必需要小于輸出電壓，當供電電壓高于輸出電壓(如使用三芯鋰電池直接供電),，可采用下面的單級Sepic變換器方案,。

圖5 sepic電路圖

單級Sepic變換器方案
 
Sepic電路既可以實現(xiàn)升壓，也可以實現(xiàn)降壓,，所以非常適用于輸入電壓變化較大的便攜式系統(tǒng),。同時，因為AP3031高達20V的耐壓值,，使得系統(tǒng)可以使用一級Sepic電路直接進行背光驅(qū)動,。圖5為單級Sepic背光驅(qū)動電路圖，其工作原理如圖6所示,。

 
 圖6 Sepic工作原理圖 

 
圖6中Sepic電路工作可以分為兩個階段：a. Q1管導通階段,，電流流過L1并且線性增加，C1電容通過L2放電,，L2電流也線性增加,；b. Q1管關(guān)斷階段，電流流過L1向C1進行充電,，電流線性減小,，同時L2向負載放電，電流線性減小,。具體各點波形如圖7所示,。
　

圖7 Sepic電路圖
　
 

結(jié)合各點波形對變換器中的兩個電感L1和L2寫出伏秒積平衡公式為：
 
由式3可以求出：
 
 
由式4可以看出Sepic電路既能升壓，又能降壓,，能夠適應大范圍的輸入電壓的變化,。與傳統(tǒng)兩級轉(zhuǎn)換(Buck to Boost)電路結(jié)構(gòu)相比, Speic電路省掉一級功率轉(zhuǎn)換電路，可以顯著提高背光效率,實驗結(jié)果如圖8所示,。
　

圖8 Sepic電路效率圖 

 
背光電源方案的選擇
 
依前文所述,，系統(tǒng)背光電源方案的選擇，主要取決于系統(tǒng)的供電結(jié)構(gòu)：
* 對于采用5V DC供電的系統(tǒng)(如數(shù)碼相框等),，可以使用AP3031 Boost電路對背光進行供電,。
* 對于采用雙芯鋰電池供電的系統(tǒng)(如便攜式DVD等)，也可以直接使用AP3031
Boost電路對背光進行供電,，這樣可以減小前級Buck電路中功率器件的過流能力需求,，降低器件成本。
* 對于采用三芯或三芯以上鋰電池供電的系統(tǒng)(如上網(wǎng)本等),，可以采用AP3031
Sepic電路對背光進行供電,，這樣可以減少一級Buck功率變換電路，節(jié)約成本,，提高系統(tǒng)可靠性,。
 
本文小結(jié)
 
從本文可以看出，使用BCD公司的AP3031,可以設計出更高效率的LED背光驅(qū)動電源,，同時還可以顯著的降低背光電源的成本,。這些方案技術(shù)成熟，優(yōu)勢明顯,，具有廣闊的應用前景,。