[发明专利]自激振荡同步升压变换器

说明书

技术领域

本发明涉及升压变换器，更具体地说，涉及有效地将低电压转换为电流、从而为发光二极管(LED)供电的电路。

背景技术

在从前为白炽灯保留的环境中开始使用LED。一种用作这样替代的LED类型是白色LED，它是具有将紫外线或蓝色转换为白色的荧光体的蓝色LED。这些白色LED与白炽灯相比具有某些优点，包括大约20流明/瓦的额定值，其中相同规格的白炽灯中的流明/瓦的额定值大约为7-10。此外，相似规格的电池与白色LED一起使用时，比与白炽灯一起使用相比，大约可持续2倍长的时间。同样，众所周知的是，白色LED本身在较高电压的情况下持续的时间也比白炽灯长。例如，白炽灯可以持续50-100小时，而白色LED在相同的高电压下可以持续长达10000小时或更长。同时白色LED与其他LED相比，能发出更亮的光输出，这也是众所周知的。

白色LED的缺点在于它们比其他的LED类型具有更大的带隙。这种更大的带隙需要大大高于其他LED的工作电压，大约为4伏特。

已经使用了向白色LED提供所需电压电平的方法，包括调节输出电压的直流-直流转换器。但是，这种方法成本高，并且在低输入电压时效率低。所用的另一种方法利用锂电池直接匹配LED电压。同样这是一种成本高并且效率低的方法。此外，这种应用的白色LED光源中的设置倾向于低成本的实现。例如，它需要发光系统能够在诸如两个AA规格电池的低功率输入下使用。但是，已知这种电池组合只能产生大约1.5-3.1伏特。这个电压当然不够操作白色LED。

所以，已经确定存在一种能够将低电池电压转换为足够操作白色LED的LED电流的有效电路。这样一种电路也必须具有少的元件数量以及小的经济成本。

发明内容

自激振荡升压变换器包括电阻启动网络，配置成启动升压变换器的充电。谐振反馈电路被设计为在由电阻启动网络启动所述电路之后产生振荡信号。互补开关网络具有一对互补共源连接的开关，它们被配置为接收所述谐振反馈电路产生的所述振荡信号。振荡信号确定互补开关对的开关率(switching rate)、或占空度。升压电感在操作上与互补开关对相连。互补开关网络的开关率被用来确定向负载提供的升压电压。

附图说明

图1描述了常用的升压变换器；

图2陈述了根据本发明的概念的自激振荡同步升压变换器；

图3示意了根据本发明的实施例提供的自激振荡升压变换的更详细电路；

图4是如图3所示的变换器的各种波形；以及

图5陈述了本发明的自激振荡同步升压变换器的第二实施例。

具体实施方式

图1示意了已知的升压或渐增开关调压器10。这样一种调压器在所需工作电压高于所提供的输入电压时使用。当控制开关单元12被连接到升压电感14时，它又连接到电压源16。在接通控制开关单元12时，将来自电压源16的输入电压(V_in)作为电感电压(V₁)加到电感14上。在稳定状态条件下，电感14中的电流正向线性增加。用隔离二极管20对负载18进行隔离，并且在这段时间由储存在电路电容22上的电荷对其供电。

当控制单元12被关闭时，储存在电感14中的能量被加到输入电压上，并且电感电流24辅助提供负载电流26，同时也储存电路电容22释放的能量。当控制单元12关闭时，电感中的电压(V₁)等于输出电压(V₀)减去输入电压(V_in)(即，V₁＝V₀-V_in)。控制单元12的操作通过利用控制器28实现。在这种传统升压电路10中，二极管20被看作无源开关，而控制单元12被看作有源开关。

为提高对白色LED供电的电路的效率，本发明将图1的无源开关20替换成有源开关，以提供利用互补开关对的自激振荡同步升压变换器。图2示意了这样一种自激振荡同步升压变换器30。在此实施例中，图1的无源开关20被替换为有源开关32。开关32和34的操作由同步开关控制器36控制，它允许向负载42供应电感38的能量以及输入源44的能量。这种能量使得能够向负载42提供与仅仅由输入电压源44提供的电压相比更高的电压或升高了的电压。

在最佳实施例中，变换器30向负载42供应足够的电压，所述负载可能是白色LED，产生至少80mA。将会理解，通过利用控制器36调整开关32和34的操作，并选择适当的元件规格，包括电容40和电感38，可以根据负载42的需要得到各种电压值和电流。