DC-DC升压电路原理与 应用

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1、DC-DC升压电路原理与应用目前，在手机应用电路中，通常需要通过升压电路来驱动闪光灯模组的LED或者是显示屏背光的LED，并且通常可以根据不同情况下的需求，调节LED的明暗程度。一般的LED驱动电路可以分成二种，一种是并联驱动，采用电容型的电荷泵倍压原理，所有的LED负载是并联连接的形式；另一种是串联驱动，采用电感型DC-DC升压转换原理，所有的LED负载是串联连接的形式。这类应用电路中采用的升压器件有体积小，效率高的优点，而且大多数是采用SOT23-5L或者SOT23-6L的封装，外加少量阻容感器件，占用电路板很小的空间。在此，结合具体器件的使用情况

2、，介绍这两种升压器件的工作原理和应用。电容型的电荷泵倍压原理的介绍以AnalogicTech公司的升压器件AAT3110为例，介绍电容型的电荷泵升压电路的工作原理和应用。器件AAT3110采用SOT23-6L的封装，输出电压4.5V，适用于常态输出电流不大于100mA，瞬态峰值电流不大于250mA的并联LED负载，具体应用电路图，如图1所示。事先叙述一下有关两倍升压模式电荷泵的工作原理。AAT3110的工作原理框图，如图1、2所示，AAT3110使用一个开关电容电荷泵来升高输入电压，从而得到一个稳定的输出电压。AAT3110内部通过一个分割电阻网络取样

3、电荷泵输出电压和内部参考电压进行比较，并由此调节输出电压。当分割电阻网络取样电压低于内部比较器控制的预设点(TripPoint)时，打开双倍电路开关。电荷泵以两个不重叠的阶段循环开关四个内部开关。在第一个阶段，开关S1和S4关闭并且S2和S3打开，使快速电容器CFLY充电到一个近似等于输入电压VIN的电压。在第二个阶段，开关S1和S4打开并且S2和S3关闭。在第一阶段时，快速电容器CFLY的负极接地。在第二个阶段时，快速电容器CFLY的负极则连接到了VIN。这样使得快速电容器CFLY正极的电压就升高到了2*VIN，并且通过一个开关连接到输出。在每一个循

4、环阶段，电荷从输入节点VIN由较低电压转换成较高电压。这个循环自己重复，直到输出节点电压足够大以超越控制比较器的输入阀值电压。当输出电压超过内部预设点标准时，开关循环停止并且电荷泵回路置于一个空闲状态。在空闲状态时，AAT3110有一个不大于13μA的静态电流。AAT3110还内置一个时钟振荡器当作驱动电荷泵的开关信号，自由运行的电荷泵开关频率在750kHz左右。上述表明AAT3110的整个闭环反馈系统包括了电压感应回路和控制比较器。此外，AAT3110还提供一个外部可调节的平衡电阻，调节相对应的输出电压和输出负载电流。在实际应用中，设计成有两档平衡电

5、阻可供调节,具体电路如图3所示。AAT3110驱动四颗并联的LED，SHDN_B为电源控制脚，控制IC的打开和关闭，STROBE为闪光灯控制脚，控制闪光灯是否闪烁。R603是LED平衡电阻，R602为峰值电流调节电阻；当STROBE为低电平时，NMOSFET关闭，LED通过R603接地发光，此设计为作手电筒功能时的状态，SHDN_B为高电平，控制电荷泵工作，输出4.5V的电压，此时通过LED的电流为14mA*4,那么由公式计算，可得知R603的阻值约为22Ω。由于LED在导通后微小电压变化会导致电流大幅变化，因此除了平衡外也有限流的作用。当STROBE

6、为高电平时，NMOSFET打开，此时电流通过R602构成回路，每个LED瞬时脉冲电流50mA,进入高亮度的闪光状态，供拍照时使用，这种状态不能长时间保持，大概在200ms左右，应当关闭NMOSFET。电荷泵效率η可以简单的表示成一个线性稳压管，它有一个高效的电压输出可以达到输入电压的两倍。效率η在理想的双倍电压下可以典型的表示成输出功率除以输入功率：。另外，在一个理想的双倍电压电荷泵中，输出电流可以被表示为输入电流的一半。效率η公式可以被写成：。一个输出4.5V，实际输入2.8V的电荷泵，理论上的效率是80.4%。由于内部开关损耗和IC静止电流损耗，实

7、际的效率，通过试验测量可以达到79.6%。这个数据在一个大范围的输出负载条件下都可以得到认可。但效率会因为负载电流下降到0.05mA以下或者当VIN逼近VOUT的时候而减少。器件外部电容的选择也是一个关键的问题，仔细的选择三个外部电容CIN，COUT和CFLY是非常重要的，因为它们将影响开启时间，输出纹波和暂态表现。当CIN，COUT和CFLY使用较低串联等效阻抗(ESR<100mΩ)的陶瓷电容时将会获得最适宜的性能。通常，低ESR电容定义为ESR值低于100mΩ的电容。如果需要一个特殊的应用，低ESR钽电容可以作为替代，然而不一定会达到最好的纹波输出

8、。由于AAT3110固有的高ESR特性而不推荐使用铝电解电容。一般在一个开始点，当AAT311