高性价比之led照明驱动设计方案

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1、高性价比之LED照明驱动设计方案高性价比之LED照明驱动设计方案By俞仲威，聚积科技技术市场部项目副理前言高功率LED的问世加速了LED在照明产业的普及，同时也带来了新的挑战。LED的使用寿命及电源转换效率成为设计LED照明系统时的主要考虑因素，同时必须提供恒流(constantcurrent)以维持LED色彩与亮度的一致性。因此，设计良好的LED驱动器必须能提供精确的电流输出且不受输入电压及输出负载变化影响，且同时兼顾能源转换效率及输出涟波等影响使用寿命的特性。磁滞型脉冲频率调变技术(Hyst

2、ereticPFM,HPFM)可以大幅提升系统在低负载或高负载时的电源转换效率。本文将探讨如何利用恒流LED驱动器设计出具有高效率、高稳定性且兼具高信赖性的LED照明系统。定电压vs.恒流驱动模式一般而言，LED的输出亮度与流经LED的顺向电流约略成正比，使用定电压或恒流驱动器皆可达到点亮LED的目的。图1为最简单的定电压LED驱动器，LED电流是由与LED串联的电阻R1-Rn与LED的顺向偏压(forwardvoltage,VF)所决定。例如，输入电压为5V，LED顺向偏压为3.6V，如果要设

3、计LED电流为20mA，所要使用的镇流电阻经计算为70Ω。虽然这种镇流器架构非常简单，但是若VIN变动则LED输出亮度也必然会随之改变；同时量产品的LED顺向偏压不一致也会对每一串LED的输出亮度产生影响。在镇流电阻上的功率损耗也会造成过热及低效率的问题，特别是在输入电压与LED输出电压相差极大时效率会越形低落。R1LED11RnLEDn1VIN+-LED12LED13LEDn2LEDn3图1定电压LED驱动器另一个常用的LED驱动器为如图2所示的恒流模式驱动器。在图2中，LED的电

4、流是由线性稳压器所提供，其电流可由R1电阻设定。与定电压模式驱动器比较，恒流模式驱动器藉由控制检流电阻R1两端跨压可以直接控制流经LED的电流，在这种设计架构下，LED输出电流只与R1的精确度相关，不受输入电压变化或是LED顺向偏压不一致影响。但是如果输入电压与LED输出电压之间压差过大的话，还是会在驱动器上产生过热的问题。ÓMacroblock,Inc.2011Floor6-4,No.18,Pu-TingRd.,Hsinchu,Taiwan30077,ROC.TEL:+886-3-579-00

5、68,FAX:+886-3-579-8934E-mail:info@mblock.com.tw1高性价比之LED照明驱动设计方案VINOUTVIN+CINFBLED1ILED+COUTR1图2恒流LED驱动器磁滞型脉冲频率调变MBI6661的磁滞型脉冲频率调变控制方式可以在轻载应用下有效提升系统的效率。图3为MBI6661的应用电路，而图4为磁滞型脉冲频率调变方式的波型示意图。图3中RSEN电阻两端的直流压降定义为VSEN，MBI6661的输出电流即是由此电压及电阻而定(MBI

6、6661中VSEN=100mV)。图4中的VH为MBI6661内部的高位准参考电压，其值为VSEN电压的1.15倍，而VL为VSEN的0.85倍。磁滞调变的原理为当电源打开时，因为此时LED电流为零使VSEN必然低于VH，因此MBI6661内建的MOSFET导通对电感充电，此时电感电流增加连带使RSEN两端电压VSEN随之增加。当VSEN等于VH时，内建的MOSFET会被关闭，此时电感电流会透过飞轮二极管(D1)放电而下降，因而使VSEN电压随之下降。而当VSEN电压等于VL时，内建的MOSFE

7、T又会再次导通并重复之前的动作。由于磁滞型脉冲频率调变的特性，电感电流会一直维持在连续导通模式(CCM)，这对降低LED输出涟波电流有很大的帮助。磁滞型脉冲频率调变控制方式的切换频率会随着负载电流而变化，电流越大频率越低。在相同的负载条件下，电感越大其切换频率会越低。MBI6661的切换频率必须被控制在40kHz以上以避免音频噪声的发生。供做切换频率与各参数间的关系可以推导如下：FSW=[VIN-VOUT-VSEN-(RDS(ON)´IOUT)]´DL1´DILRDS(ON)为MBI6661内

8、部MOSFET的导通电阻，此值为在电源电压VIN=12伏特时量测值不超过0.35ΩL1为电源转换器的主电感D为MBI6661工作占空比，D=VOUT÷VINFSW为MBI6661工作切换频率IOUT为LED输出电流，IL为电感的涟波电流，△IL=(1.15xIOUT)–(0.85xIOUT)=0.3xIOUTVSEN为检流电阻上的直流压降，VIN为输入电压，VOUT为输出的LED电压。除了可改善轻载时的效率外，磁滞型脉冲频率调变控制方式也具有其他优点。由于MBI6661使用高压侧电流检测技术(h