高效率的强光手电筒驱动方案：有效延长电池寿命

大家好 我是Helen Chen 来自德州仪器升压电源产品线的应用工程师 我从事电源产品的设计已经有十四年了 熟悉buck boost flyback等电源产品的设计 对电源产品的布摆 磁性元器件的设计和EMI解决方案有一定的研究 今天我给大家介绍TI参考设计PMP15037 该参考设计可以有效延迟强光手电筒的电池续航时间 LED强光手电筒广泛用于工作用途和野外探险等户外用途 客户在使用强光手电筒的时候最最关心的指标 一是省电 二是可以多档调光 因为户外活动不可能携带大量的电池 所以要尽量选用高效率的强光LED手电筒 保证有足够的亮度和超长的续航时间 多档调光可以根据不同选择不同的亮度 合理地节省宝贵的电能 这是一个典型的强光手电筒的系统框图 当手电筒打开时 单节或双节AA电池会通过升压电路 变换到更高的电压来给LED供电 升压电路的输出电压由LED电流和采样电阻阻值决定 这种升压电路的输出由LED电流控制的最大问题是 芯片FB对地电压全部损耗掉了 转换效率比较低导致电池的寿命很短 如果我们能找到一种方案使得FB的电压主要由输出电压决定 同时保证比较高的LED电流精度 那么转化效率就能大大提高 从而大大延长电池寿命 TI参考设计PMP15037就是针对这一问题而设计的 它同时兼顾了效率和输出电流精度 该参考设计支持单节或者双节AA电池输入 单节AA电池输入时最大输出电流能力是0.5A 双节AA电池输入时最大输出电流能力是1A 把芯片disable以后 输入侧的电池和输出侧的LED负载可以彻底断开 从而大大降低了静态功耗转换效率很高 尺寸非常小 因此特别适合于强光手电筒的运用场合 下面我给大家简要介绍一下PMP15037的工作原理 图A示模拟调光的系统框图 电阻R和电容C组成了一个低通滤波器 将PWM信号转换成一个模拟信号 该模拟信号的电压幅值和PWM信号的占空比成正比 当PWM信号的占空比为零时 模拟信号电压为0伏这时流过LED的电压为最大值 当PWM信号的占空比为100%时 模拟信号电压为PWM信号高电频 这时流过LED的电流为0 LED关掉 芯片FB拼的电压由模拟信号幅值 输出电压LED电流共同决定 所以可以把LED电流采样电阻上的电压设得比较小 从而大大减少了不必要的损耗 图B示PWM调光的系统框图 当PWM的占空比为100%时 MOSFET Q1全通 LED灯最亮 当PWM信号的占空比为零时MOSFET QI关掉 LED灯彻底关掉 因为LED灯的亮度和PWM的占空比成正比 由于芯片FB角的电压由输出电压和LED电流共同决定 和前面的模拟调光方案一样 我们可以把LED电流采样电阻上的压降设得比较小 因此可以得到很高的转换效率 下面我给大家看一下PMP15037的实验结果 这是在模拟调光模式下的调光线性度曲线 我们可以看到LED电流的大小随着模拟信号的幅值为线性变化 有比较好的调光线性度 这是在模拟调光模式下的效率曲线 模拟调光信号设为0伏 LED电流为525mA 可以看到在单节电池输入时电池电压高时 升压电路的转化效率接近90% 电池电压低时升压电路的转化效率高于80% 在双节电池输入时 升压电路的转化效率在93%到97%之间 由于采样电阻还是消耗了部分能量 因此LED部分的变换效率会略低于整体变换效率 但是如果我们将采样电阻的阻值减少一半 LED部分的转换效率还能再提高几个点 这是LED调光模式下的效率曲线 调光频率分别设为200赫兹和1k赫兹 调光的占空比分别设在50%和95% 当MOSFET的Q1串通时流过LED的电流的平均值为1A 因此在占空比为50%时流过LED电流的平均值为0.5A 在占空比为95%时 流过LED的电流的平均值为0.95A 我们可以看到TI参考设计PMP15037 在不同的调光深度下都能获得比较高的效率 以上是TI参考设计PMP15037的简单介绍 大家也可以在ti.com上搜索 PMP15037 获取更加完整的设计文件 感谢大家的观看