1、基于電感電流連續(xù)導通模式的降壓式LED驅(qū)動器的基本原理如圖2-6-1所示。它屬于自激式降壓變換器,主要包括以下5部分: ①由運算放大器A、MOS場效應管V2(P溝道管)和 RSET(LED平均電流設定電阻)組成的鏡像電流源, 其輸出電流IH是LED燈串平均電流ILED(AVG)的鏡像電流(因圖1中未使用輸出電容器, 故LED需用平均電流表示),二者存在確定的比例關(guān)系,令k為比例系數(shù),則IH=kILED(AVG); 僅當k=1時 IH= ILED(AVG)。 由于一般情況下k?1,因此可將大電流ILED(AVG)按比例轉(zhuǎn)換成 小電流IH,使取樣電流値大大減小。R1為鏡像電流源的內(nèi)部電阻。鏡像電流源的輸入端 接UI,輸出端經(jīng)過內(nèi)部電阻RL、RL(HYST)接地, RL為鏡像電流源的負載電阻, 鏡像電流源的控制電壓取自RSET兩端的壓降。 ②模擬調(diào)光信號UDIM的輸入電路,包括1.20V帶隙基準電壓源(它經(jīng)過電阻R2給模擬調(diào)光信號輸入端 DIM提供1.20V的偏置電壓) ,低通濾波器LPF(用于濾除高頻干擾)。 ③恒流控制電路,由比較器1、N溝道 MOSFET功率開關(guān)管V1和滯后電路(包含N溝道MOS場效應管V3、 設定負載滯后量的電阻RL(HYST))組成。 ④內(nèi)部電源關(guān)斷控制電路,它包含內(nèi)部穩(wěn)壓器和比較器2。 ⑤用于維持輸出電流恒定的電感器L、LED燈串及超快恢復二極管(或肖特基二極管)VD。
電感電流連續(xù)導通模式的工作原理是當功率開關(guān)管V1導通時,對電感進行諸能,通過電感的電流路徑為 UI→RSET→LED燈串→L→V1→地,此時VD截止,電感電壓UL的極性是左端為正, 右端為負,當V1截止時,由于在電感上產(chǎn)生反向電動勢,UL的極性變成右端為正,左端為負, 使得VD導通,電感開始泄放能量,泄放電流的途徑變?yōu)閺腖的右端出發(fā)→VD→RSET→LED燈串→返回L的左端, 因此,無論V1是導通還是截止,電感上始終都有電流通過,且電流方向保持不變,這就是連續(xù)電感電流導通模式的基本原理。
2、采用連續(xù)電感電流導通模式有以下優(yōu)點:
(1)外圍電路簡單,使用元器件數(shù)量少,可降低LED驅(qū)動電源的成本。
(2)恒流特性好,恒流精度可達2%~5%。
(3)通過控制小電流來調(diào)節(jié)ILED(AVG),這有利于提高電源效率。
(4)與不連續(xù)電感電流導通模式相比,連續(xù)電感電流導通模式可提高大功率LED驅(qū)動電源的效率。
(5)可省去輸出濾波電容器,設計成無輸出濾波電容器的長壽命LED驅(qū)動電源,輸出濾波電容器的主要作用是濾除紋波和噪聲, 但由LED燈串的亮度取決于通過燈串的平均電流ILED(AVG)値,并不受高頻紋波電流的影響, 因此只要使輸出噪聲不超過允許値,即可使用小容量的陶瓷電容器,而不用選擇成本高、體系積大、壽命短、 具有低等效串聯(lián)電阻(RESR)的鋁電解電容器,鋁電解電容器是限制LED燈具壽命的重要因素。
圖1：原理
由圖1可見,當UDIM>URL時,比較器1輸出高電平,使功率開關(guān)管V1導通, 流過LED的電流ILED(AVG)線性地增大,ILED(AVG)通過鏡像電流源使IH也同步的線性增加, 進而使U.,.升高,當URL>UDIM時,比較器1輸出低電平,將V1關(guān)斷, 流過LED的電流ILED(AVG)按照線性規(guī)律減小,使V3截止。由于RL(HYST)串聯(lián)在RL上, 這就抬高了比較器1的反饋電壓URL,以便使比較器1的輸出保持為低電平,隨著ILED(AVG)線性地減小, URL也隨之降低,直到URL<UDIM時進入下一個振蕩周期,因為流過LED的電流是鋸齒波, 其平均電流ILED(AVG)與比較器1的電壓閥值(即UDIM)成正比,因此改變UDIM即可改變ILED(AVG), 最終達到模擬調(diào)光之日的。
比較器1的滯后電路由V3和RL(HYST)組成,其作用類似于施密特角成發(fā)器,當UDIM>>URL時, 比較器1輸出為高電平,使V3導通,將RL(HYST)短路,此時滯后電路不起作用, 一旦URL>>UDIM, 比較器迅速翻轉(zhuǎn)后輸出為低電平,使V3截止,滯后電路起作用,使URL進一步升高, 直到UDIM>>URL,比較器1才能輸出高電平,令V3導通,滯后電路失效,因此, 滯后電路可使URL形成鋸齒波電壓,能避免比較器及V1頻繁地動作。
圖1中,模擬調(diào)光信號UDIM的允許輸入范圍是0.3~2.5V。1.20V帶隙基準電壓源經(jīng)過電阻R2 給DIM端提供偏置電壓,不進行模擬調(diào)光時DIM端為開路,該端被偏置到1.20V,以保證LED能正常發(fā)光,此外, UDIM還被送至內(nèi)部電源控制電路,當 UDIM<0.2V時,芯片進入待機模式,內(nèi)部電源掉電, 使功率開關(guān)管V1,關(guān)斷并切斷LED上的電流,僅當UDIMM = 0.25V > 0.2V時,才允許芯片工作。
模擬調(diào)光時, 輸出平均電流ILED(AVG)與模擬調(diào)光信號UDIM的特性曲線示例如圖2所示, 圖中的實線和虛線分別對應于電流檢測電阻RSET=0.1Ω(最小値)、0.2Ω時的ILED(AVG)-UDIM曲線, 由圖可見,當UDIM>>0.3V時,ILED(AVG)隨UDIM的升高而線性地增大, 當DIM端懸空、L=47μH、ILED(AVG) = 1A, 驅(qū)動1只正向壓降為3.2V的白光LED時,開關(guān)頻率為300kHz(典型值),最高開關(guān)頻率可達1MHz左右。
圖2
3、設計模擬調(diào)光電路時可將一個穩(wěn)定電壓經(jīng)過精密電阻分壓器獲得所需 的UDIM,供模擬調(diào)光使用。調(diào)光用電位器的調(diào)壓范圍應能覆蓋0.3~2.5V,并應留出一定余量。亦可用按鍵式數(shù)字電位器來代替機械電位器。 從調(diào)光效果看,使用對數(shù)電位器要比線性電位器更符合人眼的感光特性。（來源電子設計基礎）
