基于滯環(huán)跟蹤控制的LED驅動(dòng)電路設計

摘要：提出了一種新的基于滯環(huán)跟蹤控制的LED驅動(dòng)電路設計方法。它通過(guò)設定的閾值電壓來(lái)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(guò)對滯環(huán)比較跟蹤方法控制的LED驅動(dòng)電路進(jìn)行理論分析與計算，并對驅動(dòng)電路進(jìn)行了時(shí)序仿真，軟件仿真結果符合理論計算，驗證了理論分析的正確性。滯環(huán)跟蹤控制的LED驅動(dòng)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(wèn)題，且電路具有自穩定性，故無(wú)需額外斜坡補償電路。
關(guān)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(cháng)壽命、環(huán)保、可平滑調光等特點(diǎn)，己成為先進(jìn)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(chē)場(chǎng)等離線(xiàn)照明場(chǎng)所。對于LED驅動(dòng)方式而言，每種LED驅動(dòng)都有它的適用范圍，也有它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，搞清楚各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可以更好地根據實(shí)際情況，設計合理的LED驅動(dòng)電路。這可以通過(guò)效率、工作電壓、噪聲干擾、輸出調節、反應速度以及安裝尺寸和成本來(lái)進(jìn)行比較分析。由LED的電流一電壓特性可知，在正向導通壓降有一個(gè)較小變化時(shí)，將會(huì )引起導通電流產(chǎn)生較大的變化，從而引起LED亮度不穩定，所以需要采用恒流控制的方式來(lái)驅動(dòng)LED，通過(guò)精確控制其電流值可以均勻調節亮度，這對大功率LED尤其重要。恒流驅動(dòng)的控制方法主要有電阻限流，線(xiàn)性調節控制，DC—DC控制等多種方法。電阻限流和線(xiàn)性控制都能獲得較好的恒流特性，但由于其效率過(guò)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(kāi)關(guān)控制模式是峰值電流檢測PWM模式，通過(guò)檢測開(kāi)關(guān)管導通時(shí)通過(guò)LED的峰值電流大小，觸發(fā)開(kāi)關(guān)管驅動(dòng)的電平翻轉，并在固定時(shí)刻導通，所以可以通過(guò)控制取樣電阻的峰值電流大小來(lái)控制LED電流平均值。但這種驅動(dòng)方式存在平均電流和峰值電流不一致的問(wèn)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(wèn)題，當占空比大于0．5時(shí)，需要對電路進(jìn)行斜坡補償，否則電感電流將不穩定。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(wèn)題，本文提出了基于滯環(huán)比較跟蹤控制的LED驅動(dòng)電路的設計方法，它是一種非線(xiàn)性砰一砰控制方法，該方法具有結構簡(jiǎn)單，響應速度快，參數魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，在控制領(lǐng)域的應用極為廣泛。

1 電路原理及設計
電路整體由三個(gè)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(kāi)關(guān)管導通時(shí)，續流二極管反向偏置截止，電感電流線(xiàn)性增加，取樣電阻R10兩端電壓差變大，將此電壓差通過(guò)差動(dòng)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)跟蹤控制系統的電壓的上限值時(shí)，比較器輸出電平翻轉，關(guān)閉開(kāi)關(guān)器件，由于電感電流不能突變，此時(shí)感應出一個(gè)反向電壓，續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)跟蹤控制系統的電壓的下限值時(shí)，比較器電壓翻轉，開(kāi)關(guān)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所示為驅動(dòng)電路的主電路原理圖，由30 V的電源、開(kāi)關(guān)器件和續流二極管組成，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(guò)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(shí)，R10兩端的電壓為Vout。通過(guò)設定比例可以使電路電流按同比例變化。