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`)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法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法的一个重要指标。
目前业界通常使用双级供电的电源方法为LED供应背光驱动,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供应合适的驱动电压。这种方法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polyemitter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法,期望能够提高变换器的效率,同时降低方法成本。
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。
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)时出现的损耗。以Q管为例,Q管上的电压电流波形如图3所示。
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有效降低功率开关管的导通损耗,提高变换器效率。
实验测试结果如图4所示,变换器的效率随着输入电压的新增而新增。最高可至93%,比5V输入时提高8%。要注意的是,此方法中的供电电压必要小于输出电压,当供电电压高于输出电压(如使用三芯锂离子电池直接供电),可采用下面的单级Sepic变换器方法。