降壓調(diào)節(jié)器變身智能可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器

憑借使用壽命長(zhǎng)和功耗低的優(yōu)勢(shì)，LED有望改變整個(gè)照明行業(yè)，但它的快速采用面臨的主要障礙是LED本身的成本居高不下。LED燈具(完整電力照明設(shè)備)的成本各不相同，但LED的成本通常占據(jù)了整個(gè)燈具成本的大約25%至40%,而且預(yù)期在今后多年內(nèi)仍會(huì)占據(jù)很高比例(圖1)。

圖1. LED燈具成本的細(xì)分1

降低整體燈具成本的一種方法是在產(chǎn)品規(guī)格允許的范圍內(nèi)，在可能最高的直流電流下驅(qū)動(dòng)LED.此電流可能遠(yuǎn)高于其“分檔電流”.如果正常驅(qū)動(dòng)，這樣可能產(chǎn)生更高的流明/成本比率。

圖2. LED光輸出和效率與驅(qū)動(dòng)電流2

但是，這種做法需要更高電流驅(qū)動(dòng)器。很多解決方案在低電流下(500mA)驅(qū)動(dòng)LED,但很少有高電流(700mA至4A)的選擇方案。這一現(xiàn)象似乎令人驚訝，因?yàn)榘雽?dǎo)體行業(yè)有大量的容量達(dá)到4A的DC-DC解決方案，但它們的設(shè)計(jì)目的是控制 電壓， 而不是控制LED電流。本文將探討將現(xiàn)成DC-DC降壓穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換為智能LED驅(qū)動(dòng)器的一些簡(jiǎn)單技巧。

降壓穩(wěn)壓器對(duì)輸入電壓進(jìn)行斬波，并通過LC濾波器傳送，以提供穩(wěn)定的輸出，如圖3所示。它使用兩個(gè)有源元件和兩個(gè)無源元件。有源元件是從輸入到電感的開關(guān)“A”,以及從地面到電感的開關(guān)(或二極管)“B”.無源元件是電感(L)和輸出電容(COUT)它們形成LC濾波器，可以減小由有源元件產(chǎn)生的紋波。

圖3. 基本降壓方案

如果開關(guān)是內(nèi)部的，則降壓器稱為穩(wěn)壓器，如果開關(guān)是外部的，則稱為控制器。如果兩個(gè)開關(guān)都是晶體管(MOSFET或BJT)，則它是同步的，如果底部的開關(guān)是使用二極管實(shí)施的，則它是異步的。這些類型的降壓電路各有優(yōu)劣，但同步降壓穩(wěn)壓器通?？梢詢?yōu)化效率、器件數(shù)量、解決方案成本和電路板面積。遺憾的是，用于驅(qū)動(dòng)高電流LED(高達(dá)4A)的同步降壓穩(wěn)壓器很少，而且成本昂貴。本文以ADP2384為例，展示如何修改標(biāo)準(zhǔn)同步降壓穩(wěn)壓器的連接以調(diào)節(jié)LED電流。

ADP2384高效同步降壓穩(wěn)壓器指定最高4 A的輸出電流，具有最高20 V的輸入電壓。圖4顯示了用于調(diào)節(jié)輸出電壓的正常連接。

圖4. 連接用于調(diào)節(jié)輸出電壓的ADP2384

在工作中，經(jīng)過分壓的輸出電壓連接到FB引腳，與內(nèi)部600 mV基準(zhǔn)進(jìn)行比較，用于生成開關(guān)的適當(dāng)占空比。在穩(wěn)態(tài)下，F(xiàn)B引腳保持在600 mV,因此VOUT調(diào)節(jié)至600 mV乘以分頻比。如果上方的電阻被LED取代(圖5)，則輸出電壓必須是需要的任何值(在額定值范圍內(nèi))，將FB維持在600 mV;因此，通過LED的電流被控制在600 mV/RSENSE.

圖5. 基本(但不高效的LED驅(qū)動(dòng)器

當(dāng)從FB到地面的精密電阻設(shè)置LED電流時(shí)，此電路使用效果很好，但電阻消耗了很多功率： P = 600 mV × ILED對(duì)于低LED電流，這不是大問題，但在高LED電流下，低效率會(huì)大幅增加燈具散發(fā)的熱量(600 mV × 4 A = 2.4 W)。降低FB基準(zhǔn)電壓可以成比例降低功耗，但大多數(shù)DC-DC穩(wěn)壓器沒有調(diào)節(jié)此基準(zhǔn)的方式。幸運(yùn)的是，兩個(gè)技巧可降低大多數(shù)降壓穩(wěn)壓器的基準(zhǔn)電壓：使用SS/TRK引腳-或偏移RSENSE電壓。

很多通用降壓IC包括軟啟動(dòng)(SS)或跟蹤(TRK)引腳。SS引腳可緩慢增加啟動(dòng)時(shí)的開關(guān)占空比，從而最大程度地減小啟動(dòng)瞬變。TRK引腳讓降壓穩(wěn)壓器能夠遵循獨(dú)立電壓。這些功能通常結(jié)合到單個(gè)SS/TRK引腳上。大多數(shù)情況下，誤差放大器將SS、TRK和FB電壓中的最小值與基準(zhǔn)進(jìn)行比較，如圖6所示。

圖6. 使用ADP2384的軟啟動(dòng)引腳工作

對(duì)于燈具應(yīng)用，將SS/TRK引腳設(shè)置為固定電壓，并將其用作新的FB基準(zhǔn)。恒壓分壓器充當(dāng)基準(zhǔn)電壓源非常有效。例如，很多降壓穩(wěn)壓器IC包括受控低壓輸出-如ADP2384上的VREG引腳。為了達(dá)到更高精度，可以使用簡(jiǎn)單的2引腳外部精密基準(zhǔn)電壓源，例如ADR5040.在任何情況下，從該電源到SS/TRK引腳的電阻分壓器形成新的基準(zhǔn)電壓源。將此電壓設(shè)置在100 mV和200 mV之間，通?？梢蕴峁┕暮蚅ED電流精度之間的最佳平衡。用戶選擇的基準(zhǔn)電壓的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是RSENSE可以選擇方便的標(biāo)準(zhǔn)值，從而避免指定或分配任意精密電阻值來設(shè)置LED電流的開支和不精確性。

圖7. 使用SS/TRK引腳以降低FB基準(zhǔn)電壓

使用SS或TRK引腳方法并非對(duì)于所有降壓穩(wěn)壓器都是可行的，因?yàn)橛行㊣C沒有這些引腳。另外，對(duì)于某些降壓IC,SS引腳會(huì)改變峰值電感電流，而不是FB基準(zhǔn)，因此必須仔細(xì)查看產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊(cè)。作為一種替代方法，可以產(chǎn)生RSENSE電壓偏移。例如，精密電壓源和RSENSE之間的電阻分壓器提供從RSENSE到FB引腳的相當(dāng)恒定的偏移電壓(圖8)。

圖8. 產(chǎn)生RSENSE電壓偏移

電阻分壓器的必需值可以使用公式1計(jì)算，其中VSUP是輔助調(diào)節(jié)電壓， FBREF(NEW)是RSENSE兩端的目標(biāo)電壓。