改進方案 - DC/DC穩(wěn)壓器大功率LED恒流驅(qū)動設(shè)計

　　2 改進方案

　　DC/DC 開關(guān)穩(wěn)壓器內(nèi)部集成的常見的基準電壓有1.23 V、1.25 V、2.5 V 和5 V 等，若按圖2 所示，設(shè)計成恒流源給工作電流為350 mA 的單顆1 W 的白光LED 供電時，以準電壓為Vref=1.23 V 為例，采樣電阻上的損耗為1.23×0.35=0.430 5 W，忽略DC/DC 變換器及其他損耗， 電源的最高效率為：

　　若為工作電流為700 mA 的單顆3 W 的白光LED 供電時，采樣電阻上的損耗則更大。為了降低功耗，提高效率，應該盡量選用小阻值采樣電阻，但采用小阻值的采樣電阻后，圖2 中的反饋電壓Vref變小，輸出電流不能達到理想值，為了滿足需求，提高電路對輸出電流變化進行控制的靈敏度，提高恒流精度，需要增加放大電路對采樣信號放大，如圖3 所示。

　　圖3 改進的DC/DC 開關(guān)恒流源原理框圖

　　當電路進入恒流工作狀態(tài)時，輸出電流Iout滿足式（3）：

　　一般來說，運算放大器的增益都能做到很大，這樣電路中就可以采用很小的采樣電阻，從而達到降低損耗、提高效率的目的。假設(shè)采樣電阻采用0.1 Ω， 同樣為工作電流為350 mA 的單顆1 W 的白光LED 供電時，在采樣電阻上的損耗為0.012 25 W.一般來說，通用的運算放大器的工作電流和最大工作電壓分別在1 mA 和30 V 左右，加上運算放大器及其附屬電路的損耗，增加的電路的總損耗大約0.05 W 左右，忽略DC/DC 變換器及其他損耗，效率最高可達效率明顯提高。

　　將式（3）變換得出：

　　由式（4）可以看出，合理設(shè)置電阻Rf、R1和Rs的值，即可獲得所需的輸出電流值，并能獲得理想的效率。

　　3 設(shè)計實例

　　目前，在市面上可以找到很多價格低廉、性能優(yōu)良的可調(diào)輸出的DC/DC 單片集成開關(guān)穩(wěn)壓器或者控制器， 如LM2577 -ADJ、LM2596 -ADJ、LT1086 -ADJ、TL494、MC34063等，LM2596-ADJ 是LM2596 中可調(diào)輸出電壓的電源管理單片集成電路， 內(nèi)部集成固定頻率發(fā)生電路以及頻率補償電路，最大輸出電流可達3 A，具有功耗小（待機電流僅80 μA）、效率高、過熱保護和限流保護功能、很好的線性和負載調(diào)節(jié)、外圍電路簡單等特性。圖4 所示是基于LM2596-ADJ 的LED開關(guān)恒流穩(wěn)壓電源。

　　圖4 基于LM2596-ADJ 的LED 開關(guān)恒流穩(wěn)壓電源

　　該電路中， 含有電壓控制環(huán)路和電流控制環(huán)路兩個環(huán)路。電壓控制環(huán)路由運算放大器U2A、R1、R5組成，用于控制電源的最大輸出電壓，其輸出電壓Vout由式（5）表示。

　　式（5）中， Vref=1.23 V，VD=0.4 V.由式（5）可以看出，改變R1和R5的參數(shù)就能改變最大輸出電壓的值。在LED 驅(qū)動電路的實際應用中，Vout應高于實際的負載電壓，并且負載電壓VLoad應滿足式（6） ，電源才能自動工作于恒流模式。

　　電流控制環(huán)由運算放大器U2B、R7、R3、C2、R6、R2、C5組成。電源的輸出電流Iout由式（7）表示。

　　由式（7）看出，改變R2、R6或者R7的值，即可改變輸出電流的值。當輸出電流較大時，R7可以采用阻值更小的電阻，以降低功耗。

　　Q1、R4、C6、ZD1 構(gòu)成運算放大器的供電穩(wěn)壓電路，保證給運算放大器的供電電壓不超過其最大允許工作電壓。

　　D6、D7 組成電壓反饋環(huán)路和電流反饋回路自動切換控制電路。當電源工作在恒壓模式時，由于負載電流小，U2B 的輸出電壓V2小于U2A 的輸出電壓V1， 此時D6 導通，D7 截止， U2B 的輸出不影響U2A 的輸出；當負載電流增大到設(shè)定值時，U2B 的輸出電壓V2大于U2A 的輸出電壓V1， 此時電源自動切換到恒流模式，D7 導通，D6 截止， U2A 的輸出不影響U2B 的輸出。2 個控制環(huán)路中，同時只有一個控制環(huán)路起主導控制作用。當電壓控制環(huán)路起主導作用時，輸出電壓不隨負載電流的變化而變換，保持恒定值，相當于恒壓源；當電源輸出電流增大，達到設(shè)定值時，電源自動轉(zhuǎn)入恒流模式，電流控制環(huán)路起主導作用， 輸出電壓隨負載的變化而變換，輸出電流值保持恒定，相當于恒流源。