Buck+Boost电路级联的LED灯应急电源电路

蔡卫斌

（澄海职业技术学校，广东汕头，515800）

0 引言

应急电源指突然失去市电情况下，能够为照明灯等负载提供电力的一种装置，即可应急解决用电问题。[1]本设计应急电源电路是专用于LED照明，主要由MT7844S组成的Buck降压、MT7261组成的Boost升压、掉电控制与电池充电等电路组成。实现市电中断时通过掉电控制电路切换为应急备用电源供电，保障照明LED灯在一段时间内维持照明；市电正常供电时，电路切换为市电电源供电。

1 AC-DC Buck降压电路

1.1 Buck电路

降压斩波电路是直流斩波电路中应用最为广泛的一种电路形式。Buck电路输出电压小于输入电压的不隔离直流变换电路，主要用直流到直流的降压变换。[2]一般由开关器件（Mosfet管）、续流二极管、滤波电感和电容组成。

1.2 MT7844s简介

MT7844s是一款高功率因数(λ＞0.9)、非隔离LED驱动芯片。该芯片内部集成高压供电电路，内置550V高压Mosfet管。此外，芯片具备了过压保护、过流保护等多重的保护功能，所有保护均能自恢复。使用MT7844S 组成的降压电路，可以节省启动电阻和供电二极管等外围电路元件，从而节省了成本。

1.3 AC-DC降压电路结构与原理

AC-DC降压电路，采用如图1所示的电路原理图，电路主要由整流滤波电路、MT7844s组成的Buck降压电路及输出滤波电容组成。

电感L和电容C4组成低通滤波器，PWM脉宽调制信号驱动MT7844s内置Mosfet，信号周期为Ts，导通时间为Ton，关断时间为 Toff，则周期 Ts=Ton+Toff。

Ton时MT7844s内置mosfet管导通，电感L电流增加，储存电能，电容C4充电并向负载供电；Toff时MT7844s内置mosfet管截止，L电流减小，释放电能为C4充电，向负载提供能量。电路稳态工作时，输出电容上电压宏观上可以看作是恒定直流。

图1 电路原题图

降压电路输出开路电压VOPEN是由R2、R3的分压电阻值决定的。

VOPEN=VDSEN(R2+R3)/R3

VOPEN的设置是起到过压保护，防止电路被损坏。VOPEN设置不合理将会导致LED灯无法正常工作或输出电容击穿爆炸。VDSEN是芯片内部的一个过压保护基准电压值，为3.2V。串联的LED灯所需电压VLED不能超出VOPEN。输出电流Io=VCS/R1，VCS是输出电流基准电压，为200mV。

2 DC-DC Boost升压电路

2.1 Boots电路

Boost升压电路是一种常见的开关直流升压电路，升压过程就是一个电感能量传递过程，输出电压比输入电压高。一般由开关器件、二极管、滤波电感和电容组成。

2.2 Mt7261简介

MT7261是一款2.5V-40V宽输入范围，升压型LED恒流驱动芯片。采用固定工作频率，通过单个控制引脚支持高达50kHz的脉冲宽度调制PWM。内部包括过压保护、过流保护等保护机制。MT7261 采用高位电流检测技术，可以通过外部电阻设置LED的平均工作电流，低基准电压（205mV）有效地降低了功率损耗，高达95%的效率。460kHz固定工作频率最大限度的减少了外部电感，输入与输出电容。

2.3 DC-DC 升压电路结构与原理

DC-DC Boots升压电路，主要由输入DC电源、PWM控制器MT7261、功率电感、肖特二极管、陶瓷电容等组成Boots电路。电路采用Boots电感式升压方式来提供照明LED所需的电压，内部的MOS开关管驱动外部的电感，肖特基二极管将电感储存的能量传递到负载以达到升压的目的。

当PWM控制器MT7261处于通态时，电源电压VBAT向电感L充电，电感L蓄能磁化，电流上升△I，电容C2上的电压向负载提供能量，输出电压为恒值，记为VO。当芯片MT7261处于断态时，电源电压VBAT和L共同向电容C2充电并向负载提供能量。

设MT7261处于通态的时间为Ton，处于断态的时间为Toff。在关断期间电感L释放的能量为(VO-VBAT)(△I/2)Toff。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等。

升压电路输出开路电压Vopen是由R1、R2 的分压电阻值决定的。

Vopen=Vovp(R1+R2)/R2

Vovp是芯片内部的一个基准电压值，作为芯片过压保护电压。实际输出电压VO的大小根据负载LED数量进行设置，但必须满足VO不能超出Vopen。输出电流IO由芯片VIN和CS 引脚之间的电压与R3的比值决定。

3 Buck+Boost电路级联的LED 灯应急电源电路

多个单元电路的连接并不是简单相连就可以的，在连接前要考虑到电路之间是否匹配的问题，这就是电路级联问题。[3]本设计电路“Buck+Boost电路级联的LED灯应急电源电路”是结合应急电源电路实际需求与单元电路间的匹配问题进行设计，电路原理如图2所示。

图2 “Buck+Boost电路级联的LED灯应急电源电路

图3 工作原理

3.1 工作原理

当市电正常供电时，通过AC-DC Buck降压电路为照明LED供电。在分压电阻R4、R5、R6分压后，掉电控制电路的Q1栅极G电位后大于10V，Q1导通，Q2栅极G电位接近于0V，Q2截止，DC-DC Boost升压电路U2没有供电，回路不工作。电池充电电路通过变压器L2-B耦合能量给电池模块供电，当电池电量不足时，电池充电。

当市电输入端中断时，AC-DC Buck降压电路没能对负载供电；掉电控制电路的Q1栅极G电位接近0V，Q1截止，Q2栅极G电位通过电阻R11、R12分压升高至5V以上，Q2导通，电池放电，经DC-DC Boost升压电路后为LED供电，维持正常照明。

3.2 实验结果

当市电正常时，交流电源经过整流滤波后经过Buck降压电路降为30V直流电压，驱动照明LED发光，通过检测输出功率可达9W。电源通过电池充电电路给应急供电电池充电，电压为12V。当市电停电时，自动启动设计电路应急供电功能，掉电控制电路控制12V电池经过Boost升压电路升压为30V直流电压，为照明LED供电，输出功率7W。

4 结语

本文设计来源于生活，服务于生活。本设计电路利用掉电控制电路进行不同电压输入电源自动切换，实现Buck降压与Boost升压电路级联合成直流变换电源电路。本设计能适应市电185V-265V电压，控制电路结构简单，充电方式简洁，具备过压、过流保护，抗电磁干扰性能好，电压稳定性高，有较强的实际意义。

参考文献

[1]张建彭.应急电源的电路原理分析[J].科技信息,2010(08).

[2]许万有刘金桂.由IGBT组成的降压BUCK电路的建模及应用仿真[J].科技信息,2009(13).

[3]徐雷.关于电子技术单元电路的级联问题[J].电子制作,2013(09).