基于DC／DC開關(guān)穩(wěn)壓器的大功率LED恒流驅(qū)動設(shè)計

摘要：針對當(dāng)前市面上DC／DC LED(發(fā)光二極管)專用恒流控制芯片價格高、不易購買的情況，闡述了基于市面常用DC／DC穩(wěn)壓器的高效率恒流穩(wěn)壓電源的通用設(shè)計方法，并給出了基于LM2596-ADJ開關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計實例。與傳統(tǒng)的恒壓電源相比，電路增加了阻值很小的采樣電阻以及由通用運算放大器組成的電壓反饋回路和電流采樣、放大反饋回路，同時增加了電壓、電流反饋回路自動切換電路，使電路能根據(jù)負(fù)載大小在恒壓和恒流模式之間自動切換。實驗數(shù)據(jù)表明，基于該方法設(shè)計的LED恒流穩(wěn)壓電源恒流精度高，誤差小于1％，效率超過87％，且電路工作穩(wěn)定，元件取材廣泛，價格低廉。
關(guān)鍵詞：LED；DC／DC；恒流電源；LM2596-ADJ；高效率

當(dāng)前全球能源緊缺日益加劇，制約著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，節(jié)能成為人類面臨的重要課題。在照明領(lǐng)域，被稱為第4代照明光源或綠色光源的LED照明產(chǎn)品以節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小、堅固耐用等特點吸引著世人的目光。
由于LED的伏安特性呈現(xiàn)非線性且伏安特性具有負(fù)溫度系數(shù)的特點，以及生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)水平的差異，不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同樣功率等級的大功率LED伏安特性存在差異，即使是同一廠家生產(chǎn)的同一批次的LED，個體間的正向壓降也存在一定差異等原因，為了減少LED的光衰，延長LED的使用壽命，LED的驅(qū)動電源采用低壓直流恒流電源。目前，安森美、TI等世界知名半導(dǎo)體器件公司均推出了適合LED驅(qū)動的DC／DC專用恒流控制集成電路，如NCP3066、TPS40211DG等，該類集成電路具有較高的轉(zhuǎn)換效率，但該類集成電路價格相對較高，市面上不易購買。針對該問題，本文闡述了基于市面常用的DC／DC開關(guān)穩(wěn)壓器的恒流穩(wěn)壓電源的通用設(shè)計方法，并給出相關(guān)設(shè)計實例以及相關(guān)測試數(shù)據(jù)。

1 基于DC／DC穩(wěn)壓器的恒流穩(wěn)壓電源設(shè)計
DC／DC開關(guān)穩(wěn)壓器自問世以來，廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中，用作恒壓源，當(dāng)負(fù)載電流在額定范圍內(nèi)變化時，其輸出電壓保持不變。DC／DC開關(guān)穩(wěn)壓器的原理框圖如圖1所示。

DC／DC開關(guān)穩(wěn)壓器輸出電壓，其中Vref為DC／DC開關(guān)穩(wěn)壓器內(nèi)部自帶的基準(zhǔn)電壓或者用戶外接的基準(zhǔn)電壓，R1、R2構(gòu)成輸出電壓采樣電路，用于設(shè)置輸出電壓的大小。當(dāng)輸出電壓Vout因負(fù)載變化而變化時，反饋電壓Vf也隨著變化，DC／DC穩(wěn)壓器內(nèi)部的控制電路根據(jù)反饋電壓Vf(采樣電壓)與Vref差值的大小來適當(dāng)調(diào)整功率變換電路的控制參數(shù)(如PWM的占空比等)，使輸出電壓穩(wěn)定在一個固定的值，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。
恒流源和恒壓源在電路上的差別反應(yīng)在兩者的采樣電路采集的對象不一樣。恒壓源為了保持輸出電壓的恒定，需要實時對輸出電壓跟蹤、控制，在負(fù)載變化的情況下使輸出電壓不隨負(fù)載的變化而變化，而恒流源是指在負(fù)載變化的情況下，穩(wěn)壓器能根據(jù)負(fù)載的變化相應(yīng)調(diào)整輸出電壓，保持輸出電流不變，恒流源采樣電路采集的是輸出的電流信號，但實際上采集的是經(jīng)過I／V轉(zhuǎn)換后反應(yīng)電流大小的電壓信號，因此，把輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，輸入到DC／DC開關(guān)穩(wěn)壓器的反饋引腳，就能實現(xiàn)恒壓源到恒流源的轉(zhuǎn)變，如圖2所示。