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

摘要：針對(duì)當(dāng)前市面上DC／DC LED(發(fā)光二極管)專用恒流控制芯片價(jià)格高、不易購(gòu)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(jì)方法，并給出了基于LM2596-ADJ開關(guān)穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)實(shí)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(yùn)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(shí)增加了電壓、電流反饋回路自動(dòng)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(dòng)切換。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，基于該方法設(shè)計(jì)的LED恒流穩(wěn)壓電源恒流精度高，誤差小于1％，效率超過(guò)87％，且電路工作穩(wěn)定，元件取材廣泛，價(jià)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(zhǎng)、體積小、堅(jiān)固耐用等特點(diǎn)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(diǎn)，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(jí)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(gè)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(zhǎng)LED的使用壽命，LED的驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(jià)格相對(duì)較高，市面上不易購(gòu)買。針對(duì)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(jì)方法，并給出相關(guān)設(shè)計(jì)實(shí)例以及相關(guān)測(cè)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(jì)
DC／DC開關(guān)穩(wěn)壓器自問世以來(lái)，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(shí)，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(shí)，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(lái)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(gè)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(duì)象不一樣。恒壓源為了保持輸出電壓的恒定，需要實(shí)時(shí)對(duì)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(hào)，但實(shí)際上采集的是經(jīng)過(guò)I／V轉(zhuǎn)換后反應(yīng)電流大小的電壓信號(hào)，因此，把輸出的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，輸入到DC／DC開關(guān)穩(wěn)壓器的反饋引腳，就能實(shí)現(xiàn)恒壓源到恒流源的轉(zhuǎn)變，如圖2所示。