基于DC／DC開(kāi)關(guān)穩壓器的大功率LED恒流驅動(dòng)設計

摘要：針對當前市面上DC／DC LED(發(fā)光二極管)專(zhuān)用恒流控制芯片價(jià)格高、不易購買(mǎi)的情況，闡述了基于市面常用DC／DC穩壓器的高效率恒流穩壓電源的通用設計方法，并給出了基于LM2596-ADJ開(kāi)關(guān)穩壓器的設計實(shí)例。與傳統的恒壓電源相比，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(shí)增加了電壓、電流反饋回路自動(dòng)切換電路，使電路能根據負載大小在恒壓和恒流模式之間自動(dòng)切換。實(shí)驗數據表明，基于該方法設計的LED恒流穩壓電源恒流精度高，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

當前全球能源緊缺日益加劇，制約著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，節能成為人類(lèi)面臨的重要課題。在照明領(lǐng)域，被稱(chēng)為第4代照明光源或綠色光源的LED照明產(chǎn)品以節能、環(huán)保、壽命長(cháng)、體積小、堅固耐用等特點(diǎn)吸引著(zhù)世人的目光。
由于LED的伏安特性呈現非線(xiàn)性且伏安特性具有負溫度系數的特點(diǎn)，以及生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)水平的差異，不同生產(chǎn)廠(chǎng)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(chǎng)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(cháng)LED的使用壽命，LED的驅動(dòng)電源采用低壓直流恒流電源。目前，安森美、TI等世界知名半導體器件公司均推出了適合LED驅動(dòng)的DC／DC專(zhuān)用恒流控制集成電路，如NCP3066、TPS40211DG等，該類(lèi)集成電路具有較高的轉換效率，但該類(lèi)集成電路價(jià)格相對較高，市面上不易購買(mǎi)。針對該問(wèn)題，本文闡述了基于市面常用的DC／DC開(kāi)關(guān)穩壓器的恒流穩壓電源的通用設計方法，并給出相關(guān)設計實(shí)例以及相關(guān)測試數據。

1 基于DC／DC穩壓器的恒流穩壓電源設計
DC／DC開(kāi)關(guān)穩壓器自問(wèn)世以來(lái)，廣泛應用于各種電子設備中，用作恒壓源，當負載電流在額定范圍內變化時(shí)，其輸出電壓保持不變。DC／DC開(kāi)關(guān)穩壓器的原理框圖如圖1所示。

DC／DC開(kāi)關(guān)穩壓器輸出電壓，其中Vref為DC／DC開(kāi)關(guān)穩壓器內部自帶的基準電壓或者用戶(hù)外接的基準電壓，R1、R2構成輸出電壓采樣電路，用于設置輸出電壓的大小。當輸出電壓Vout因負載變化而變化時(shí)，反饋電壓Vf也隨著(zhù)變化，DC／DC穩壓器內部的控制電路根據反饋電壓Vf(采樣電壓)與Vref差值的大小來(lái)適當調整功率變換電路的控制參數(如PWM的占空比等)，使輸出電壓穩定在一個(gè)固定的值，達到穩壓的目的。
恒流源和恒壓源在電路上的差別反應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(shí)時(shí)對輸出電壓跟蹤、控制，在負載變化的情況下使輸出電壓不隨負載的變化而變化，而恒流源是指在負載變化的情況下，穩壓器能根據負載的變化相應調整輸出電壓，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(shí)際上采集的是經(jīng)過(guò)I／V轉換后反應電流大小的電壓信號，因此，把輸出的電流信號轉換成電壓信號，輸入到DC／DC開(kāi)關(guān)穩壓器的反饋引腳，就能實(shí)現恒壓源到恒流源的轉變，如圖2所示。