利用更多的受控开关和,改变输出与输入电压之比,并在供电电池使用过程中,随着电池电压的降低,自动地依次改变的倍增因子,使其由小到大变化,就能保证在电池电压下降时,有足够高的输出电压来驱动。此时,电压倍增的原理图如下图所示。
电路的输出电压大小,即其提升电压的倍增因子(V0/VIN)和开关的闭合情况有关,下面给出几种电压倍增情况供参考。
(1)如在第一相,令开关S1、S2、S3闭合,其余开关断开,输入电压对串联的C1、C2充电,设C1=C2,则它们各自充电到输入电压的一半,即VC1=VC2=VIN/2;在第二相,如S4、S5、S5、S8闭合,其余开关断开,则输入电压与并联的C1、C2相串联,对输出电容Co充电,输出电压VO=VIN+VIN/2=3VIN/2,为输入电压的1.5倍,即倍增因子为1.5;
(2)如在第一相,开关S5、S2、S3闭合,其余开关断开,则输入电压对C2充电,VC2 = VIN;在第二相,如S6、S8闭合,其余开关断开,则输入电压与C2电压相串联,对输出电容Co充电,输出电压VO = VIN + VIN =2VIN,为输入电压的2倍,倍增因子为2;
(3)如只让开关S7闭合,则输出电压等于输入电压,倍增因子为1;
(4)类似地,如果电路能够按三相操作,通过开关的转换,令在第一相:VIN = VC1 + VC2;在第二相:VO= VIN + VC1;在第三相:VO = VIN - VC1 + VC2。将第二相关系式代入第三相关系式得VC2 = 2VC1,代入第一相式得VC1 = VIN /3,最后得输出电压VO = VIN + VC1 =4VIN /3 = 1. 33VIN,实现输出电压为输入电压的1.33倍,即倍增因子为1.33。
可见,采用较多的受控开关和电容,通过内部逻辑电路的控制,实现多相的操作,可以使电路的输出电压有多种倍增因子,如1、1.33、1.5和2,并能根据输入电压的降低情况自动地进行切换。
锂离子电池的额定电压为3.6~3.7V,充满电后能达到4.2~4.3V,深度放电后电压可能下降到2.7V.可见,在其使用过程中电压变化是很大的。
为了给LED正确供电,驱动器的输出电压应当始终超过LED的正向压降,而又不超过太多。这就要求IC能够根据检测输入端锂离子电池的使用情况及其电压下降多少,自动改变输出电压的倍增因子。在开始电池电压高时,令倍增因子为1;而在电池消耗一段时间后、电池电压变低时,驱动器根据需要自动改变其工作模式(称为自适应切换),使输出电压依次变为输入电压的1.33倍、1.5倍和2倍。这样,在电池的整个工作过程中,驱动器既能提供满足LED正常工作的足够高的输出电压,又能减少在电荷泵电路和调节器内部所消耗的功率,从而大大提高电池的使用效率。