一種滯環(huán)控制的LED驅(qū)動設(shè)計

0 引言

LED 的發(fā)光效率目前已經(jīng)達到并且正在超過熒光燈.HID 燈等傳統(tǒng)光源的水平，在通用照明領(lǐng)域?qū)⒅饾u成為主流光源.由于LED 照明光源具有高光效.長壽命.節(jié)能環(huán)保，耐用等優(yōu)點，近年來LED 應(yīng)用以及驅(qū)動已經(jīng)成為研究熱點.在相同工作電壓下，LED的正向?qū)▔航狄蚴芄に囯x散性的影響而呈現(xiàn)出一定的差異，所以恒流驅(qū)動是白光LED 的最佳選擇.目前的電流控制方式主要有峰值電流控制，滯環(huán)控制，平均電流控制，和固定導(dǎo)通時間控制(COT)等控制方法.主流的峰值電流控制存在平均電流和峰值電流不一致的問題;且當電路占空比大于0.5時，有次諧波震蕩現(xiàn)象，需要增加斜坡補償電路，因此增加了電路復(fù)雜性.平均電流模式能精確控制平均電流，但是控制方法實現(xiàn)復(fù)雜，且仍需斜坡補償電路.滯環(huán)電流控制模式中，LED的平均驅(qū)動電流值由內(nèi)設(shè)閾值Imax和Imin決定，不存在類似于峰值電流控制模式問題，能較好地解決峰值電流控制的缺點，且無需額外斜坡補償電路，電路結(jié)構(gòu)簡單.滯環(huán)控制具有自穩(wěn)定性.動態(tài)響應(yīng)迅速等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛.

有人設(shè)計的滯環(huán)電路，結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性好，但無調(diào)光電路設(shè)計.有人提出一種滯環(huán)跟蹤控制電路，對電路進行仿真與理論分析，但電路無調(diào)光功能，且主電路為傳統(tǒng)的降壓電路，MOS 管驅(qū)動設(shè)計困難.此外電路還采用D觸發(fā)器限制頻率抖動范圍，但同時也限制了電路的帶負載能力，且瞬態(tài)響應(yīng)變差.

本文在基礎(chǔ)上，采用新的降壓電路，去掉了D 觸發(fā)器，設(shè)計了一款帶有數(shù)字PWM 調(diào)光的LED 驅(qū)動電路.

1 原理與設(shè)計

1.1 工作原理

本文設(shè)計的滯環(huán)LED 驅(qū)動電路由主電路.電流檢測電路，滯環(huán)控制電路三個部分組成.當MOS 管導(dǎo)通時，續(xù)流二極管D截止，電感L 電流上升，取樣電阻Rs兩端電壓差值變大，將此電壓差值通過差分放大電路，反饋至滯環(huán)控制電路，與滯環(huán)控制電路設(shè)定的閾值電壓VH或VL相比較.如圖1所示，當電壓達到滯環(huán)控制系統(tǒng)的電壓的上限值VH 時，比較器輸出電平翻轉(zhuǎn)，關(guān)斷MOS管，由于電感電流iL 不能突變，此時感應(yīng)出一個反向電壓，續(xù)流二極管D導(dǎo)通.電感放電，當放電至電壓低于滯環(huán)控制系統(tǒng)的電壓的下限VL 時，比較器電壓翻轉(zhuǎn)，MOS 管導(dǎo)通，循此反復(fù)，限制了電感電流的峰值和谷值，從而達到了控制LED電流平均值.

1.2 電路分析滯環(huán)控制的LED 驅(qū)動電路主要由主電路，電流檢測電路，滯環(huán)控制電路，以及數(shù)字調(diào)光電路組成.如圖2中主電路由RS,電感L,續(xù)流二極管D,開關(guān)器件MOS,以及負載LED.Vi為輸入電壓，RS為檢測電阻.電路穩(wěn)定時，忽略續(xù)流二極管與Rs的導(dǎo)通壓降可得：

式中：Vi 為輸入電壓，Vo 為LED 兩端電壓，Ton 為導(dǎo)通時間，Toff為關(guān)斷時間.

由式(1)可得：

電流檢測電路為高邊電流檢測電路[5-7],滯環(huán)控制電路為電路的核心.有人分析了電流檢測電路以及滯環(huán)跟蹤電路，并進行了仿真分析.

將滯環(huán)控制電路的輸出邏輯信號與數(shù)字調(diào)光信號相與，可得到調(diào)制的PWM 調(diào)光信號，控制MOS 管的導(dǎo)通與截止，實現(xiàn)數(shù)字PWM調(diào)光.

2 實驗

2.1 關(guān)鍵點波形測試

在上述分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了實驗電路進行驗證，電路參數(shù)為：RS取0.5 Ω，電感L的值為220 μH,續(xù)流二極管為SS34,開關(guān)MOS管選用IRFR024,電流檢測器采用LM358通用運放，比較器選用LM393,與非門用74HC00,MOS 驅(qū)動選用UCC27524D,R1=R2=4.7 kΩ，R3=R4=47 kΩ，R7=500 Ω，R6采用3個200 Ω電阻并聯(lián)，R5=910 Ω.

圖3(a)所示為實驗電路占空比較大時，通過LED電流iRS 與MOS 管門極電壓VGS 波形圖.圖3(b)為占空比較小時，通過LED電流iRS與MOS管門極電壓VGS波形圖.通道1為電流探頭測得通過LED的電流波形，通道2為MOS管門極電壓VGS波形.