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高亮度LED驱动电路

文章出处:8gled.com作者:格烁光电发表时间:2018-07-24
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前言

高亮度LED效率高,可靠性好,是一种非常有前途的低能耗电源。由于LED的正向电压变动范围大,V/I关系曲线陡峭,因此需要恒流驱动,不同的应用有各自的电源要求,如景观照明常使用低压交流电源,汽车用照明则是低压直流电源,此外,高效驱动电路还应能工作在较宽的输入电压范围,来驱动一个或多个串接的LED。本文介绍用NCP/NCV3065设计的LED驱动电路。器件适用于交直流电源,可配置成不同的电路结构,能提供多种输出电流。NCP是为商用/工业温度环境设计的,NCV则通过了汽车应用认证。

降压型驱动电路

图1是直流供电驱动电路,图2是交流供电驱动电路。LED亮度或光强是用流明来量度的,与流过LED的电流成正比,光效率是随LED电流变化的,电路元件的选择十分关键。

电感·选择电感在电感大小和峰值电流间折衷。在常规应用中,纹波电流在15%-100%间,降低纹波电流就要增加电感值,其优点是使开关稳压器的输出电流最大化。

带输出电容工作,对常规的降压型结构,在电感后面加一个输出电容,它是与LED或LED串并联的,用以减少纹波电流。使用输出电容能减少电感值。此外,电路可工作在较低的频率来提高效率,扩展输出电压范围。输出电容可根据电流纹波D来计算:

COUT=ΔI/Δv×8×f

=VIN×(1-D)×D/8×L×f2×ΔVOUT

不带输出电容工作。恒流型降压稳压器主要是控制流经负载的电流,而不是控制负载两端上的电压。NCP3065的开关频率在100KHz~300KHz之间,远远高于人眼能察觉的频闪。这就是为放宽对纹波电流要求创造了条件,允许有较高的峰—峰值,即将NCP3065配置在连续通导的降压式结构,消除了输出电容。重要的设计参数是让峰值电流保持在LED允许的最大电流以下,15%纹波值是最佳的折衷值,对常用的350mA、700mA与1,000mA LED电流值,分别选定纹波为±52.5mA、±105mA与±150mA。这时可选择电感值为:

L=(VIN-VOUT)×TON/ΔIMAX

电流反馈环·为了让LED处于恒流模式,稳压器的反馈是从器件COMP引脚处检测电阻上电压取得的。检测电阻与COMP引脚间RC电路能改善变换器的瞬态响应,参考的反馈电压选定为235mV,

IOUT=VREF/Rsense=0.235V/Rsense(A)

亮度调节。LED发射光强度与平均输出电流成正比。对亮度调节,普遍使用的是变占空比PWM信号来管理输出电流值。NCP3065的COMP或IPK引脚用来提供亮度调节功能。在数字输入模式,PWM输入信号使稳压器断续工作,从而减少了流过LED的平均电流。在模拟输入模式,PWM输入信号经RC电路滤波,所产生的信号迭加在反馈电压上来减少LED电流。RC元件值取决于PWM频率。PWM频率基本上在200Hz~1KHz之间,频率低有利于降低EMI,但低于200Hz会使人眼感到频闪。

脉冲反馈电路·NCP3065是脉冲串方式工作的,输出开关频率与输入和输出条件有关。器件振荡器产生一个由外部电容设定的恒频信号,该信号由峰值电流比较器进行门控,当输出电流高于阈值时,开关关闭;当低于阈值时开关通导并门控振荡器。这样工作方式可能会在输出波形上产生过冲。使用脉冲反馈电路可减少过冲,从而稳定开关频率,减少输出纹波。脉冲反馈电路是在CT引脚与电感间加入一个电阻R8(参见图1)实现的,一般在3KΩ~200KΩ之间。表1列出了典型应用与推荐的R8值。

升压型驱动电路

升压型变换器电路如图3所示。当功率开关通导时,输入端有电流流过电感,Iton上升。当开关截止时,电流Itoff流经二极管D至电容与负载。同时,电感上电压叠加在输入电压上,只要该电压高于输出电压,电流就会源源不断地流过二极管。如果流过电感的电流总是正的,变换器工作在连续通导模式(CCM)。在下一个开关周期,上述过程重复进行着。

若变换器工作在CCP模式,输出电压为:

VOUT=VIN×1/(1-D)

占空比D为:

D=ton/(ton+toFF)=ton/T

输入纹波电流定义为:

ΔI=VIN×D/(f×L)

负载电压总是大于输入电压,此处

Vload=Vsense+n×Vf

上式中,Vf为LED正向压降,Vsense为变换器参考电压,n为串联的LED个数。由于变换器要稳定电流,使之与负载电压的变动无关,在反馈电压处放置了一个检测电阻:

Vsense=Icoad×Rsense

Vsense相当于内部参考电代孕公司-【助孕帮你忙btUz】分娩频道压或反馈比较器阈值。

NCP3065升压变换器十分适合电路板空间有限、存在高压,高温环境的汽车和工业LED驱动器应用。该器件具有峰值电流保护和热关闭功能。在恒流工作方式,发生LED开路故障时也需要保护的,不然输出电流会不断地对输出电容充电,使电压不断地上升,此时,用一个外部稳压二极管来箝位输出电压。此外,NCP3065虽然已设计在40V工作,但存在感性负载的汽车应用中,最好再增加一个外部瞬态电压保护电路。

电路的主工作频率由外部电容C4确定。Ton时间则由内部反馈比较器、峰值电流比较器和主振荡器控制。输出电流由带负反馈输入的内部反馈比较器确定。正输入连接至0.235V内部电压基准管。反馈电阻设定了正常LED电流:

IOUT=0.235/Rsense

器件还备有第二个比较器,阈值电压为200mV电阻R1用来限制最大电流值:

Ipk=0.2/R1

R1可用单个150mΩ电阻,或是3个1Ω电阻并联组合。最大输出电压由外部稳压二极管D2箝位,通常设定在36V。

结语

LED正在逐步取代传统的白炽灯灯泡,不断地在建筑、工业、民居、汽车的照明中扩大应用范围。单片集成变换器已能很好地解决功率LED的恒流驱动问题。随着技术的进展,还能进一步完善功能、提高效率、满足不同应用环境所要求的特性。


图1 直流供电降压变换器


图2 交流供电降压变换器


图3 升压变换器


表1 典型应用推荐的电阻R8值


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