基于滯環(huán)跟蹤控制的LED驅(qū)動電路設計

摘要：提出了一種新的基于滯環(huán)跟蹤控制的LED驅(qū)動電路設計方法。它通過設定的閾值電壓來控制流經(jīng)電感的峰值和谷值電流，從而精確控制LED的平均電流值。經(jīng)過對滯環(huán)比較跟蹤方法控制的LED驅(qū)動電路進行理論分析與計算，并對驅(qū)動電路進行了時序仿真，軟件仿真結(jié)果符合理論計算，驗證了理論分析的正確性。滯環(huán)跟蹤控制的LED驅(qū)動電路較好地解決了峰值電流控制的平均電流與峰值電流不一致的問題，且電路具有自穩(wěn)定性，故無需額外斜坡補償電路。
關鍵詞：LED；峰值電流控制；滯環(huán)跟蹤控制；PSIM

大功率白光LED由于其的高效率、長壽命、環(huán)保、可平滑調(diào)光等特點，己成為先進的固態(tài)照明光源，它已應用于普通照明、液晶電視，街道和停車場等離線照明場所。對于LED驅(qū)動方式而言，每種LED驅(qū)動都有它的適用范圍，也有它們各自的優(yōu)缺點，搞清楚各自的優(yōu)缺點，可以更好地根據(jù)實際情況，設計合理的LED驅(qū)動電路。這可以通過效率、工作電壓、噪聲干擾、輸出調(diào)節(jié)、反應速度以及安裝尺寸和成本來進行比較分析。由LED的電流一電壓特性可知，在正向?qū)▔航涤幸粋€較小變化時，將會引起導通電流產(chǎn)生較大的變化，從而引起LED亮度不穩(wěn)定，所以需要采用恒流控制的方式來驅(qū)動LED，通過精確控制其電流值可以均勻調(diào)節(jié)亮度，這對大功率LED尤其重要。恒流驅(qū)動的控制方法主要有電阻限流，線性調(diào)節(jié)控制，DC—DC控制等多種方法。電阻限流和線性控制都能獲得較好的恒流特性，但由于其效率過低，故較少采用，DC—DC控制由于其高效率和高靈活性而得到廣泛的應用。
目前廣泛應用的開關控制模式是峰值電流檢測PWM模式，通過檢測開關管導通時通過LED的峰值電流大小，觸發(fā)開關管驅(qū)動的電平翻轉(zhuǎn)，并在固定時刻導通，所以可以通過控制取樣電阻的峰值電流大小來控制LED電流平均值。但這種驅(qū)動方式存在平均電流和峰值電流不一致的問題，針對上述不足，文獻提出了基于電流平方控制的方法加以解決。但是由于電路還存在次諧波震蕩問題，當占空比大于0．5時，需要對電路進行斜坡補償，否則電感電流將不穩(wěn)定。增加斜坡補償電路可以克服上述不足，但卻增加了電路的復雜程度。為了解決上述問題，本文提出了基于滯環(huán)比較跟蹤控制的LED驅(qū)動電路的設計方法，它是一種非線性砰一砰控制方法，該方法具有結(jié)構(gòu)簡單，響應速度快，參數(shù)魯棒性好等優(yōu)點，在控制領域的應用極為廣泛。

1 電路原理及設計
電路整體由三個部分組成：主電路、電流檢測電路和滯環(huán)跟蹤控制電路。當開關管導通時，續(xù)流二極管反向偏置截止，電感電流線性增加，取樣電阻R10兩端電壓差變大，將此電壓差通過差動放大電路，反饋到滯環(huán)控制電路，與滯環(huán)控制設定的閾值電壓相比較。當電壓達到滯環(huán)跟蹤控制系統(tǒng)的電壓的上限值時，比較器輸出電平翻轉(zhuǎn)，關閉開關器件，由于電感電流不能突變，此時感應出一個反向電壓，續(xù)流二極管正向偏置導通。電感、二極管和負載形成回路，電感放電，當放電電壓低于滯環(huán)跟蹤控制系統(tǒng)的電壓的下限值時，比較器電壓翻轉(zhuǎn)，開關器件導通，循此反復，限制了電感電流的峰值和谷值，達到了限定LED電流平均值的目的。
1．1 主電路設計
圖1所示為驅(qū)動電路的主電路原理圖，由30 V的電源、開關器件和續(xù)流二極管組成，取R3=30 Ω的電阻代替LED器件，由L1=1 mH的電感和C3=100μF的電容組成DC—DC電路。

1．2 電流檢測電路設計
圖2為高邊電流檢測電路，通過檢測R10的電阻二端的電壓差值可以檢測電感電流的峰值和谷值。電路為減法運算放大電路，設置R11／R13=R12／R14，則：
Vout=(R14／R12)(Vin0-Vin1) (1)
所以當R14=R12時，R10兩端的電壓為Vout。通過設定比例可以使電路電流按同比例變化。