LED電源驅(qū)動電路的基本設(shè)計詳解

　　LED電源驅(qū)動電路解析

? ? ? ? 隨著白光 LED的誕生及其迅速發(fā)展，LED開始進入普通照明階段。LED是一種固態(tài)冷光源，是繼白熾燈、熒光燈和高強度放電燈（HID）之后出現(xiàn)的第四代電光源?，F(xiàn)已普遍應(yīng)用于建筑物照明、街道照明、景觀照明、標(biāo)識牌、信號燈、以及住宅內(nèi)的照明等領(lǐng)域中。

　　LED 供電的原始電源目前主要有三種：即低壓電池、太陽能電池和交流市電電源。無論是采用哪一種原始電源，都必須經(jīng)過電源變換來滿足 LED 的工作條件。這種電源變換電路，一般來說就是指的 LED 驅(qū)動電路。在 LED 太陽能供電系統(tǒng)中，還需要蓄電池或超級電容器，用以儲存太陽能。在夜晚需要照明時，蓄電池或超級電容器再通過控制電路放電，為 LED驅(qū)動電路供電。

　　太陽能和風(fēng)能與 LED 的結(jié)合，是 LED 應(yīng)用的一大亮點，它將為第三世界的貧困和邊遠地區(qū)帶來光明，讓綠色照明的光輝照亮世界的每一個角落。

　　一、低壓直流供電的 LED驅(qū)動電路

　　1.當(dāng)輸入電壓高于 LED電壓時

　　當(dāng)輸入電壓高于 LED或 LED串的電壓降時，通常采用線性穩(wěn)壓器或開關(guān)型降壓穩(wěn)壓器。

　?。?）線性穩(wěn)壓器

　　線性穩(wěn)壓器是一種 DC-DC 降壓式變換器。LED 驅(qū)動電路所采用的線性穩(wěn)壓器大都為低壓差穩(wěn)壓器（LDO），其優(yōu)點是不需要電感元件，所需元件數(shù)量少，不產(chǎn)生 EMI，自身電壓降比較低。但是與開關(guān)型穩(wěn)壓器相比，LDO的功率損耗還是較大，效率較低。LDO在驅(qū)動 350mA以上的大功率 LED串時，往往需要加散熱器。

　?。?）開關(guān)型降壓（buck）穩(wěn)壓器

　　基于單片專用 IC 的開關(guān)型降壓穩(wěn)壓器需要一個電感元件。 許多降壓穩(wěn)壓器開關(guān)頻率達 1MHz以上，致使外部元件非常小，占據(jù)非常小的空間，效率達 90%以上。但這種變換器會產(chǎn)生開關(guān)噪聲，存在 EMI問題。圖 1所示是基于 Zetex 公司 ZXSC300的 3W LED降壓型驅(qū)動電路。其中的RCS為電流傳感電阻， D1為1A的肖特基二極管。 在6V的輸入電壓下， 通過LED的電流達1.11A.ZXSC300 采用 5 引腳 SOT23 封裝。

　　目前有很多降壓變換器單片IC將開關(guān)MOSFET（Q1）和降壓二極管（D1）也集成在同一芯片上，使外部元件數(shù)量進一步減少。

　　2.當(dāng)輸入電壓低于 LED電壓時

　　當(dāng)輸入電壓低于 LED或 LED串的總正向壓降時，LED需要升壓型驅(qū)動電路。升壓型變換器主要有以下兩種類型。

　?。?）電感升壓變換器

　　在手機背光照明中，常使用電感升壓型 LED 驅(qū)動電路。開關(guān)型電感升壓變換器被用作驅(qū)動一個或多個 LED組成的 LED串，通過每個 LED的電流相等。如果 LED串中有一個 LED開路，其他 LED 將會熄滅。圖 2 所示為電感升壓型 LED 驅(qū)動電路，LED 串由 8 只日亞化工公司的NSPW500BS型白光 LED組成，在 4V的輸入電壓下，通過每個 LED的電流約為 25mA.

　　目前絕大多數(shù)升壓穩(wěn)壓器 IC，都將開關(guān)管集成在芯片中，有的還集成了肖特基二極管。

　?。?）開關(guān)電容（電荷泵）升壓變換器

　　開關(guān)電容升壓轉(zhuǎn)換器亦即電荷泵。電荷泵專用 IC 內(nèi)置切換開關(guān)，外接 1 個或兩個 1μF的充放電電容。電荷泵工作模式有 1×、1.5×和 2×，近幾年又出現(xiàn)了 1.33×（4/3 倍）和 4×模式。在輸出電壓接近輸入電壓時，電荷泵不需要升壓，即在 1×模式工作。當(dāng)需要升壓時，則切換到 1.5×或其他工作模式。電荷泵電路可以驅(qū)動 LED 陣列，也可只驅(qū)動 1 個 LED.圖 3 所示為基于MAXl570的電荷泵驅(qū)動5個白光LED的電路。 MAX1570采用4mm×4mm的16引腳QFN封裝，最大厚度為 0.8mm.MAX1570 輸入電壓范圍為 2.7V~5.5V，在1MHz 的固定頻率和在 1×及 1.5×模式高效工作，為 LED提供 30mA的恒流，LED電流匹配精度達 0.3%，并且 LED電流可由單個電阻 RsEr設(shè)置。 可通過數(shù)字輸入或 PWM 來控制LED亮度， 在關(guān)閉狀態(tài)僅消耗 0.1μA的電流。

　　3.當(dāng)輸入電壓既可能高于也可能低于 LED電壓時

　　在輸入電壓既可能高于，也可能低于 LED或 LED串的總電壓降時，就必須使用降壓/升壓變換器。基于 LT℃3783 的降壓/升壓型變換器驅(qū)動 8 只1.5A串聯(lián) LED的電路如圖 4 所示。該 LED串驅(qū)動電路的輸入電壓范圍為 9~36V，LED 串的總電壓降范圍為 18~37V.在 VIN=14.4V，Vo=36V和 I0=1.5A條件下，輸出功率為 54W，效率達 93%.電路的開關(guān)頻率由 IC 腳FREQ上的

　　電阻 R5 設(shè)置（頻率范圍為 20kHz~1MHz），R7 與 R8 組成的分壓器設(shè)置輸出過電壓保護電平，連接在 IC 腳 FBP 與高側(cè)線路之間的 R4，用作感測 LED 電流。LTC3783 支持多拓撲結(jié)構(gòu)。用其還可以構(gòu)筑升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器等電路。

　　回掃變換器、單端初級電感變換器（SEPIC）和 CUK穩(wěn)壓器等，都可以升高或降低輸入電壓，

　　輸出與輸入電壓在極性上可以相同或相反。每種拓撲都有獨特的優(yōu)勢，但效率都比降壓一升壓穩(wěn)壓器低。