基于開(kāi)關(guān)電源芯片MC33167的LED驅動(dòng)器開(kāi)發(fā)

摘要：當前，半導體照明技術(shù)發(fā)展迅速，作為半導體照明技術(shù)核心產(chǎn)品的發(fā)光二極管(LED)光源已對照明領(lǐng)域產(chǎn)生了深刻的影響。LED光源的實(shí)際應用導致對LED驅動(dòng)器有很多非常具體的性能要求。針對開(kāi)發(fā)LED驅動(dòng)器需要提高電路的轉換效率和可靠性的實(shí)際需要，選擇高效率的Buc k-Boost電路做為L(cháng)ED驅動(dòng)器的主電路，提出并實(shí)現了內部核心開(kāi)關(guān)電源芯片MC33167的開(kāi)發(fā)，并就該芯片的原理、結構特點(diǎn)和一些實(shí)施要點(diǎn)進(jìn)行討論，給出LED驅動(dòng)器主控電路以及LED驅動(dòng)器智能控制電路，并利用控制理論對LED驅動(dòng)器的穩定性進(jìn)行分析。最后通過(guò)分析測試結果，展示了利用開(kāi)關(guān)電源芯片MC33167實(shí)現大功率LED驅動(dòng)器的可行性和可靠性。

關(guān)鍵詞：驅動(dòng)器；發(fā)光二極管開(kāi)關(guān)電源；閉環(huán)

1 引言

大功率白光LED是新一代半導體光源，屬于非線(xiàn)性負載。由于無(wú)法大范圍精確地描述其負載特性，因此通過(guò)電壓型驅動(dòng)器無(wú)法有效地控制LED的發(fā)光特性。當負載電壓有微小波動(dòng)就可引起電流很大的變化，從而使亮度發(fā)生較大變化。如果負載電壓波動(dòng)過(guò)大，則可能將LED燒壞。LED負載電流與LED的發(fā)光亮度、色溫、效率、光通量以及使用壽命緊密相關(guān)。因此，超高亮度LED通常都采用恒流源驅動(dòng)。雖然大功率白光LED的發(fā)效率比較高，但總體效率不僅取決于LED本身，也與驅動(dòng)電路有關(guān)，因此設計電流型開(kāi)關(guān)轉換器是滿(mǎn)足LED應用的高功率及高效率要求的理想驅動(dòng)方案。

2 LED驅動(dòng)器的設計思想

由于該驅動(dòng)器主要用于汽車(chē)照明，其電源主要是蓄電池，因此需要一個(gè)DC／DC轉換器來(lái)準確調節LED的恒定電流，進(jìn)而獲得LED光強的一致性和顏色的完整性。車(chē)載系統的LED照明工作方式變化范圍較大，故其驅動(dòng)器也應適于不同的應用需要。汽車(chē)電池的標準電壓為12 V，電池電壓在電量耗光時(shí)可能降至8 V，而發(fā)動(dòng)機運行時(shí)交流發(fā)電機則可能將其電壓充至14 V。由于汽車(chē)電池電壓的變化范圍很寬，所要求的輸出電壓就可能高于或低于輸入電壓，故LED驅動(dòng)器需要采用升一降壓的電路結構來(lái)適應保持LED的恒流要求。

考慮LED驅動(dòng)器作為電流控制系統的本質(zhì)特點(diǎn)，選擇通用開(kāi)關(guān)電源芯片MC33167為核心器件，它采用7．5～40 V低壓直流供電，芯片內部開(kāi)關(guān)管通過(guò)電流最大可達5 A，并且通過(guò)配置合適的外圍電路就可實(shí)現升-降壓功能，因此該芯片完全可做為汽車(chē)用LED驅動(dòng)器的核心芯片。

3 開(kāi)關(guān)電源核心芯片的分析研究

LED特種照明驅動(dòng)器的開(kāi)關(guān)電源芯片采用MC33167，該芯片可提供多種功能，其內部結構如圖1所示。如超過(guò)5 A的輸出開(kāi)關(guān)電流，無(wú)需外接電阻即可提供5 V的輸出，內部2％精度的基準源，可提供欠電壓保護和內部熱保護，各種保護模式可使電路工作在安全狀態(tài)下。在保護模式可將電源電流降至36μA，大大降低芯片的功耗。內置72 kHz固定頻率的振蕩器，可使開(kāi)關(guān)電源輸出較高頻率的PWM，因此在芯片外部使用較小的電感電容就可實(shí)現濾波作用，大大簡(jiǎn)化了外部元件。

芯片5腳電位U5與輸出電位U2對應關(guān)系如圖2所示。芯片1腳電位U1變化時(shí)(U1與標準電壓5．05 V不相等時(shí))，U5則相應成比例變化，U5與晶振產(chǎn)生的鋸齒波經(jīng)過(guò)PWM運算放大器的比較，輸出高電平或低電平，然后經(jīng)過(guò)內部邏輯電路運算控制開(kāi)關(guān)管的導通或關(guān)斷，從而控制U2。因此隨著(zhù)U5的變化，輸出開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)時(shí)間也就不同，即U2的占當比發(fā)生變化，從而控制輸出電壓的大小。當U1降低時(shí)，U5升高，同時(shí)控制U2的占空比升高，平均值增加，所以輸入U1與輸出U2成反比變化。因此在芯片外部增加負反饋電路就可以形成穩定的電源。

4 LED驅動(dòng)器電路開(kāi)發(fā)

4．1 從電壓源到電流源的結構設計

電壓源電路中，其輸出電壓必然為U1=5 V，即電源芯片內部的基準電壓，否則電路無(wú)法穩定。經(jīng)過(guò)實(shí)際電路的測試，試驗結果顯示電路工作正常，可以獲得穩定的輸出電壓Uo=5 V。由電壓源可進(jìn)一步改變芯片外部的反饋形式，使之成為電流反饋，從而設計電流源。