LED电源驱动电路基本设计解析

2018-10-16 19:55:11

1827 电源 SEPIC

　　LED电源驱动电路解析

随着白光 LED的诞生及其迅速发展，LED开始进入普通照明阶段。LED是一种固态冷光源，是继白炽灯、荧光灯和高强度放电灯（HID）之后出现的第四代电光源。现已普遍应用于建筑物照明、街道照明、景观照明、标识牌、信号灯、以及住宅内的照明等领域中。
　　LED 供电的原始电源目前主要有三种：即低压电池、太阳能电池和交流市电电源。无论是采用哪一种原始电源，都必须经过电源变换来满足 LED 的工作条件。这种电源变换电路，一般来说就是指的 LED 驱动电路。在 LED 太阳能供电系统中，还需要蓄电池或超级电容器，用以储存太阳能。在夜晚需要照明时，蓄电池或超级电容器再通过控制电路放电，为 LED驱动电路供电。
　　太阳能和风能与 LED 的结合，是 LED 应用的一大亮点，它将为第三世界的贫困和边远地区带来光明，让绿色照明的光辉照亮世界的每一个角落。
　　一、低压直流供电的 LED驱动电路

　　1.当输入电压高于 LED电压时
　　当输入电压高于 LED或 LED串的电压降时，通常采用线性稳压器或开关型降压稳压器。
　　（1）线性稳压器
　　线性稳压器是一种 DC-DC 降压式变换器。LED 驱动电路所采用的线性稳压器大都为低压差稳压器（LDO），其优点是不需要电感元件，所需元件数量少，不产生 EMI，自身电压降比较低。但是与开关型稳压器相比，LDO的功率损耗还是较大，效率较低。LDO在驱动 350mA以上的大功率 LED串时，往往需要加散热器。
　　（2）开关型降压（buck）稳压器
　　基于单片专用 IC 的开关型降压稳压器需要一个电感元件。许多降压稳压器开关频率达 1MHz以上，致使外部元件非常小，占据非常小的空间，效率达 90%以上。但这种变换器会产生开关噪声，存在 EMI问题。图 1所示是基于 Zetex 公司 ZXSC300的 3W LED降压型驱动电路。其中的RCS为电流传感电阻， D1为1A的肖特基二极管。在6V的输入电压下，通过LED的电流达1.11A.ZXSC300 采用 5 引脚 SOT23 封装。

　　目前有很多降压变换器单片IC将开关MOSFET（Q1）和降压二极管（D1）也集成在同一芯片上，使外部元件数量进一步减少。
　　2.当输入电压低于 LED电压时
　　当输入电压低于 LED或 LED串的总正向压降时，LED需要升压型驱动电路。升压型变换器主要有以下两种类型。
　　（1）电感升压变换器
　　在手机背光照明中，常使用电感升压型 LED 驱动电路。开关型电感升压变换器被用作驱动一个或多个 LED组成的 LED串，通过每个 LED的电流相等。如果 LED串中有一个 LED开路，其他 LED 将会熄灭。图 2 所示为电感升压型 LED 驱动电路，LED 串由 8 只日亚化工公司的NSPW500BS型白光 LED组成，在 4V的输入电压下，通过每个 LED的电流约为 25mA.

　　目前绝大多数升压稳压器 IC，都将开关管集成在芯片中，有的还集成了肖特基二极管。
　　（2）开关电容（电荷泵）升压变换器
　　开关电容升压转换器亦即电荷泵。电荷泵专用 IC 内置切换开关，外接 1 个或两个 1μF的充放电电容。电荷泵工作模式有 1×、1.5&TImes;和 2&TImes;，近几年又出现了 1.33&TImes;（4/3 倍）和 4×模式。在输出电压接近输入电压时，电荷泵不需要升压，即在 1×模式工作。当需要升压时，则切换到 1.5×或其他工作模式。电荷泵电路可以驱动 LED 阵列，也可只驱动 1 个 LED.图 3 所示为基于MAXl570的电荷泵驱动5个白光LED的电路。 MAX1570采用4mm×4mm的16引脚QFN封装，最大厚度为 0.8mm.MAX1570 输入电压范围为 2.7V~5.5V，在1MHz 的固定频率和在 1×及 1.5×模式高效工作，为 LED提供 30mA的恒流，LED电流匹配精度达 0.3%，并且 LED电流可由单个电阻 RsEr设置。可通过数字输入或 PWM 来控制LED亮度，在关闭状态仅消耗 0.1μA的电流。

　　3.当输入电压既可能高于也可能低于 LED电压时
　　在输入电压既可能高于，也可能低于 LED或 LED串的总电压降时，就必须使用降压/升压变换器。基于 LT℃3783 的降压/升压型变换器驱动 8 只1.5A串联 LED的电路如图 4 所示。该 LED串驱动电路的输入电压范围为 9~36V，LED 串的总电压降范围为 18~37V.在 VIN=14.4V，Vo=36V和 I0=1.5A条件下，输出功率为 54W，效率达 93%.电路的开关频率由 IC 脚FREQ上的
　　电阻 R5 设置（频率范围为 20kHz~1MHz），R7 与 R8 组成的分压器设置输出过电压保护电平，连接在 IC 脚 FBP 与高侧线路之间的 R4，用作感测 LED 电流。LTC3783 支持多拓扑结构。用其还可以构筑升压转换器和降压转换器等电路。
　　回扫变换器、单端初级电感变换器（SEPIC）和 CUK稳压器等，都可以升高或降低输入电压，
　　输出与输入电压在极性上可以相同或相反。每种拓扑都有独特的优势，但效率都比降压一升压稳压器低。