基于降压转换器的led照明驱动器设计

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1、基于降压转换器的LED照明驱动器设计2013年4月7日来源:大比特半导体器件网虽然在输出电压可能高于也可能低于输入电压时，峰值电流模式控制的非连续升降压转换器是LED驱动器的一个不错选择。但是，采用这种升降压转换器来设计驱动器时，LED电压的变化会改变LED电流，LED开路将导致输出端产生过高的电压，从而损坏转换器。本文将详细讨论这种用于LED的转换器设计，并给出多种克服其固有缺点的方法。发光二极管(LED)的应用已有很多年，随着最新技术的进步，它们正逐渐成为照明市场中强有力的竞争者。新的高亮度LED具有很长的寿命(约10万小时)和很高

2、的效率(约30流明/瓦)。过去三十多年来，LED的光输出亮度每l8～24个月便会翻一番，而且这种增长势头还会持续下去，这种趋势称为Haitz定律，相当于LED的摩尔定律。从电气上来说，LED与二极管类似，它们也是单向导电(尽管它们的反向阻断能力并不太好，高的反向电压很容易损坏(LED)，并具有与常规二极管类似的低动态阻抗V-I特性。另外，LED一般都有安全导通时的额定电流(高亮度LED的额定电流一般为350mA或700mA)。通过额定电流时，LED正向压降的差异可能比较大，通常350mA白光LED的压降在3～4V之间。驱动LED需要受控

3、的DC电流。为了使LED的使用寿命长些，LED电流中的纹波必须很低，因为高纹波电流会使LED产生较大的阻性功耗，降低LED使用寿命。LED驱动电路需要更高效率，因为总体效率不仅取决于LED本身，也与驱动电路有关。而工作于电流控制模式的开关转换器是满足LED应用的高功率及高效率要求的理想驱动方案。驱动多个LED也需要仔细考虑。图1是LED的串并联连接电路。其中图1(a)为LED的并联连接电路。图1(h)是LED的串联连接电路。由于各个LED的动态阻抗和正向压降不相同，因此，如果没有外部均流电路(如电流镜像)，就不可能保证流过LED上的电流

4、相同;此外，由于一个LED出现故障将使LED串断开，从而致使所有LED电流在剩下的LED串之间分配，这将导致LED串上的电流增大，从而可能损坏LED。因此，出于上面两个原因，设计时一般不用如图1(a)那样的并联LED电路。因此，更好的做法是将LED串联起来。但该方法的缺点是，如果一个LED出现故障，则整个LED串将停止工作。让剩下的LED串继续工作的一个简单办法是将一个齐纳二极管(其额定电压大于LED的最高电压)与每个(或每组)LED并联，如图1(b)所示。这样，任何一个LED发生故障后，其电流都会流到相应的齐纳二极管上，LED串的其余

5、部分仍可正常工作。基本的单阶开关转换器可分为三类：降压转换器、升压转换器和升降压转换器。当LED串的电压低于输入电压时，降压转换器图2(a)是理想的选择;当输入电压总是低于串输出电压时，则使用升压转换器比较合适图2(b);当输出电压可能高于也可能低于输入电压时(由输出或输入变化引起)，则采用升降压转换器图2(c)比较合适。升压转换器的缺点是，输入电压的任何瞬变(可使输入电压升高并超过输出电压)都会导致LED上流过很大电流(由于负载的低动态阻抗)，从而损坏LED。升降压转换器也可代替升压转换器，因为输入电压的瞬变不会影响LED电流。升降压

6、转换器的工作原理对于低电压应用中的LED驱动器，升降压转换器是一种不错的选择。其原因有它们可用高于和低于输入电压的电压来驱动LED串(升压和降压)、效率很高(很容易到达85%以上)、非连续工作模式可抑制输入电压的变化(提供优良的线电压调节)、峰值电流控制模式允许转换器调节LED电流，而无需复杂的补偿(简化设计)、很容易实现线性和PWMLED亮度调节、开关晶体管失效不会损坏LED等等。图2给出了降压、升压和升降压转换器与LED串的连接电路。但是，这种方法仍有缺点：一是峰值电流受控问题，因为采用非连续电流模式的升降压转换器是一种功率恒定的转

7、换器。因此，LED串电压的任何变化都会引起LED电流的相应改变;另一个问题是LED开路状态会在电路中产生损坏转换器的高电压;此外，还需要额外的电路将恒定功率转换器转变为恒定电流转换器，并需要在无负载情况下保护转换器。图3所示为具体的升降压转换器应用电路，该控制器内置了用于设定开关频率的振荡器。在开关周期之初，Q1导通。由于输入电压VIN加在电感上，电感电流(iL(t))开始从零(初始稳定状态)开始上升。当感应电流上升至预先设定的电流值(ipk)时，Q1关闭。开关导通时间(ton)由下式确定：ton=ipkL/VIN此时，存储在电感内的总

8、能量(J)为：J=Li2pk/2这样，尽管此时开关会关闭，但流经电感的电流并不会中断。这会使二极管D1导通，并在电感两端产生输出电压(-Vo)，这个负电压会导致电感电流迅速下降。经过一定时间tOFF后，电感