Buck+Boost電路級聯的LED燈應急電源電路

蔡衛斌

（澄海職業技術學校，廣東汕頭，515800）

0 引言

應急電源指突然失去市電情況下，能夠為照明燈等負載提供電力的一種裝置，即可應急解決用電問題。[1]本設計應急電源電路是專用于LED照明，主要由MT7844S組成的Buck降壓、MT7261組成的Boost升壓、掉電控制與電池充電等電路組成。實現市電中斷時通過掉電控制電路切換為應急備用電源供電，保障照明LED燈在一段時間內維持照明；市電正常供電時，電路切換為市電電源供電。

1 AC-DC Buck降壓電路

1.1 Buck電路

降壓斬波電路是直流斬波電路中應用最為廣泛的一種電路形式。Buck電路輸出電壓小于輸入電壓的不隔離直流變換電路，主要用直流到直流的降壓變換。[2]一般由開關器件（Mosfet管）、續流二極管、濾波電感和電容組成。

1.2 MT7844s簡介

MT7844s是一款高功率因數(λ＞0.9)、非隔離LED驅動芯片。該芯片內部集成高壓供電電路，內置550V高壓Mosfet管。此外，芯片具備了過壓保護、過流保護等多重的保護功能，所有保護均能自恢復。使用MT7844S 組成的降壓電路，可以節省啟動電阻和供電二極管等外圍電路元件，從而節省了成本。

1.3 AC-DC降壓電路結構與原理

AC-DC降壓電路，采用如圖1所示的電路原理圖，電路主要由整流濾波電路、MT7844s組成的Buck降壓電路及輸出濾波電容組成。

電感L和電容C4組成低通濾波器，PWM脈寬調制信號驅動MT7844s內置Mosfet，信號周期為Ts，導通時間為Ton，關斷時間為 Toff，則周期 Ts=Ton+Toff。

Ton時MT7844s內置mosfet管導通，電感L電流增加，儲存電能，電容C4充電并向負載供電；Toff時MT7844s內置mosfet管截止，L電流減小，釋放電能為C4充電，向負載提供能量。電路穩態工作時，輸出電容上電壓宏觀上可以看作是恒定直流。

圖1 電路原題圖

降壓電路輸出開路電壓VOPEN是由R2、R3的分壓電阻值決定的。

VOPEN=VDSEN(R2+R3)/R3

VOPEN的設置是起到過壓保護，防止電路被損壞。VOPEN設置不合理將會導致LED燈無法正常工作或輸出電容擊穿爆炸。VDSEN是芯片內部的一個過壓保護基準電壓值，為3.2V。串聯的LED燈所需電壓VLED不能超出VOPEN。輸出電流Io=VCS/R1，VCS是輸出電流基準電壓，為200mV。

2 DC-DC Boost升壓電路

2.1 Boots電路

Boost升壓電路是一種常見的開關直流升壓電路，升壓過程就是一個電感能量傳遞過程，輸出電壓比輸入電壓高。一般由開關器件、二極管、濾波電感和電容組成。

2.2 Mt7261簡介

MT7261是一款2.5V-40V寬輸入范圍，升壓型LED恒流驅動芯片。采用固定工作頻率，通過單個控制引腳支持高達50kHz的脈沖寬度調制PWM。內部包括過壓保護、過流保護等保護機制。MT7261 采用高位電流檢測技術，可以通過外部電阻設置LED的平均工作電流，低基準電壓（205mV）有效地降低了功率損耗，高達95%的效率。460kHz固定工作頻率最大限度的減少了外部電感，輸入與輸出電容。

2.3 DC-DC 升壓電路結構與原理

DC-DC Boots升壓電路，主要由輸入DC電源、PWM控制器MT7261、功率電感、肖特二極管、陶瓷電容等組成Boots電路。電路采用Boots電感式升壓方式來提供照明LED所需的電壓，內部的MOS開關管驅動外部的電感，肖特基二極管將電感儲存的能量傳遞到負載以達到升壓的目的。

當PWM控制器MT7261處于通態時，電源電壓VBAT向電感L充電，電感L蓄能磁化，電流上升△I，電容C2上的電壓向負載提供能量，輸出電壓為恒值，記為VO。當芯片MT7261處于斷態時，電源電壓VBAT和L共同向電容C2充電并向負載提供能量。

設MT7261處于通態的時間為Ton，處于斷態的時間為Toff。在關斷期間電感L釋放的能量為(VO-VBAT)(△I/2)Toff。當電路工作于穩態時，一個周期T中電感L積蓄的能量與釋放的能量相等。

升壓電路輸出開路電壓Vopen是由R1、R2 的分壓電阻值決定的。

Vopen=Vovp(R1+R2)/R2

Vovp是芯片內部的一個基準電壓值，作為芯片過壓保護電壓。實際輸出電壓VO的大小根據負載LED數量進行設置，但必須滿足VO不能超出Vopen。輸出電流IO由芯片VIN和CS 引腳之間的電壓與R3的比值決定。

3 Buck+Boost電路級聯的LED 燈應急電源電路

多個單元電路的連接并不是簡單相連就可以的，在連接前要考慮到電路之間是否匹配的問題，這就是電路級聯問題。[3]本設計電路“Buck+Boost電路級聯的LED燈應急電源電路”是結合應急電源電路實際需求與單元電路間的匹配問題進行設計，電路原理如圖2所示。

圖2 “Buck+Boost電路級聯的LED燈應急電源電路

圖3 工作原理

3.1 工作原理

當市電正常供電時，通過AC-DC Buck降壓電路為照明LED供電。在分壓電阻R4、R5、R6分壓后，掉電控制電路的Q1柵極G電位后大于10V，Q1導通，Q2柵極G電位接近于0V，Q2截止，DC-DC Boost升壓電路U2沒有供電，回路不工作。電池充電電路通過變壓器L2-B耦合能量給電池模塊供電，當電池電量不足時，電池充電。

當市電輸入端中斷時，AC-DC Buck降壓電路沒能對負載供電；掉電控制電路的Q1柵極G電位接近0V，Q1截止，Q2柵極G電位通過電阻R11、R12分壓升高至5V以上，Q2導通，電池放電，經DC-DC Boost升壓電路后為LED供電，維持正常照明。

3.2 實驗結果

當市電正常時，交流電源經過整流濾波后經過Buck降壓電路降為30V直流電壓，驅動照明LED發光，通過檢測輸出功率可達9W。電源通過電池充電電路給應急供電電池充電，電壓為12V。當市電停電時，自動啟動設計電路應急供電功能，掉電控制電路控制12V電池經過Boost升壓電路升壓為30V直流電壓，為照明LED供電，輸出功率7W。

4 結語

本文設計來源于生活，服務于生活。本設計電路利用掉電控制電路進行不同電壓輸入電源自動切換，實現Buck降壓與Boost升壓電路級聯合成直流變換電源電路。本設計能適應市電185V-265V電壓，控制電路結構簡單，充電方式簡潔，具備過壓、過流保護，抗電磁干擾性能好，電壓穩定性高，有較強的實際意義。

參考文獻

[1]張建彭.應急電源的電路原理分析[J].科技信息,2010(08).

[2]許萬有劉金桂.由IGBT組成的降壓BUCK電路的建模及應用仿真[J].科技信息,2009(13).

[3]徐雷.關于電子技術單元電路的級聯問題[J].電子制作,2013(09).