高亮度LED恒流驅(qū)動電路設(shè)計

風(fēng)舞狂鯊 2014-02-11

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　　摘要：本文討論的簡單電路能夠調(diào)節(jié)高亮度LED的驅(qū)動電流，該電路采用非定制、高度集成的降壓型開關(guān)調(diào)節(jié)器(MAX5035)，能夠準(zhǔn)確地控制流過LED的電流。MAX5035 DC/DC轉(zhuǎn)換器在7.5V至76V寬輸入電壓范圍內(nèi)保持125kHz固定工作頻率，是汽車應(yīng)用的理想之選。亮度控制可以通過模擬(線性調(diào)節(jié))或低頻占空比(PWM調(diào)節(jié))方式實現(xiàn)。

　　高亮度LED發(fā)展背景

　　近幾年，高亮度LED (HB LED)在各種照明系統(tǒng)中作為光源日益受到青睞，這是由于高亮度LED具有高度的可靠性，使用壽命可以達(dá)到幾十甚至幾萬小時，比傳統(tǒng)的白熾燈或鹵素?zé)舻氖褂脡勖叱鰩讉€數(shù)量級。基于這一優(yōu)勢，高亮度LED在汽車照明、公共標(biāo)示與信號標(biāo)志以及建筑照明中得到普遍應(yīng)用。

　　高亮度LED是經(jīng)過特殊處理的PN結(jié)半導(dǎo)體器件，正向偏置時可發(fā)出白光、紅光、綠光或藍(lán)光(也可能產(chǎn)生其它顏色光)。作為PN結(jié)它們表現(xiàn)出類似于傳統(tǒng)二極管的V-I特性，但具有較高的結(jié)壓降。在正向電壓達(dá)到VF (從紅光LED的2.5V到藍(lán)光LED的4.5V)，流過LED的電流很?。灰坏┱螂妷哼_(dá)到VF，電流將迅速上升(與傳統(tǒng)二極管相同)。因此，必須采用限流措施限制電流的上升，以防LED損壞。目前有三種基本的限流方式，表1對這三種方式進(jìn)行了對比：

限流方式比較

表1 限流方式比較

　　假設(shè)一個白色LED：VF = 4V、ILED = 350mA、VIN = 12V。

　　高亮度LED開關(guān)電源

　　圖1是基于固定頻率、高集成度PWM開關(guān)轉(zhuǎn)換器MAX5035的高亮度LED電源原理圖，輸出電流可達(dá)1A。另一類似器件MAX5033的輸出電流可以達(dá)到500mA。這款基于電感的buck調(diào)節(jié)器能夠準(zhǔn)確控制流過LED (或幾個串聯(lián)LED，總電壓為12V)的電流。MAX5035的開關(guān)頻率為125kHz，輸入電壓范圍高達(dá)76V (需使用更高額定電壓的輸入電容和二極管)。此電路可以在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)控制并保持恒定的LED電流。表2總結(jié)了該電路的設(shè)計規(guī)格。

基于固定頻率、高集成度PWM開關(guān)轉(zhuǎn)換器MAX5035的高亮度LED電源原理圖

圖1 基于固定頻率、高集成度PWM開關(guān)轉(zhuǎn)換器MAX5035的高亮度LED電源原理圖

圖1電路的基本參數(shù)

表2 圖1電路的基本參數(shù)

　　利用圖1電路在控制端作用一個電壓調(diào)節(jié)LED電流(圖2)。圖3給出了這一控制架構(gòu)的效率。

利用圖1電路在控制端作用一個電壓調(diào)節(jié)LED電流

圖2 利用圖1電路在控制端作用一個電壓調(diào)節(jié)LED電流

控制架構(gòu)的效率

圖3 控制架構(gòu)的效率

　　控制電壓與三個并聯(lián)檢流電阻的電壓共同作用到IC的反饋(FB)引腳。IC的內(nèi)部控制環(huán)路使FB引腳的電壓保持在大約1.22V，因此，由于控制電壓與電流檢測電壓都必須保持在1.22V (由電阻R1和R5設(shè)置)，更高的控制電壓將產(chǎn)生更小的電流。

　　以下等式除了適用于本例外，還可用來設(shè)計其它的輸出電流和控制電壓：

輸出電流公式

　　其中：VREF = 1.22V、RSENSE是R2、R3與R4的并聯(lián)電阻值(= 5Ω)。

　　在許多情況下，利用低頻(50Hz至200Hz) PWM方式調(diào)節(jié)LED電流非常方便，通過控制脈沖寬度調(diào)節(jié)亮度(圖4)。雖然LED在每個脈沖期間保持相同亮度，肉眼能夠察覺到短暫的亮度變化，但是，這種調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點在于光譜保持不變，采用幅度調(diào)節(jié)時光譜會隨著流過LED電流的變化而改變。

圖1電路低頻PWM亮度調(diào)節(jié)的控制和LED電流波形