1、基于電感電流連續導通模式的降壓式LED驅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系,令k為比例系數,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為鏡像電流源的內部電阻。鏡像電流源的輸入端 接UI,輸出端經過內部電阻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模擬調光信號UDIM的輸入電路,包括1.20V帶隙基準電壓源(它經過電阻R2給模擬調光信號輸入端 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內部電源關斷控制電路,它包含內部穩壓器和比較器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。
電感電流連續導通模式的工作原理是當功率開關管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,泄放電流的途徑變為從L的右端出發→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,這就是連續電感電流導通模式的基本原理。
2、采用連續電感電流導通模式有以下優點:
(1)外圍電路簡單,使用元器件數量少,可降低LED驅動電源的成本。
(2)恒流特性好,恒流精度可達2%~5%。
(3)通過控制小電流來調節ILED(AVG),這有利于提高電源效率。
(4)與不連續電感電流導通模式相比,連續電感電流導通模式可提高大功率LED驅動電源的效率。
(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關斷, 流過LED的電流ILED(AVG)按照線性規律減小,使V3截止。由于RL(HYST)串聯在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帶隙基準電壓源經過電阻R2 給DIM端提供偏置電壓,不進行模擬調光時DIM端為開路,該端被偏置到1.20V,以保證LED能正常發光,此外, UDIM還被送至內部電源控制電路,當 UDIM<0.2V時,芯片進入待機模式,內部電源掉電, 使功率開關管V1,關斷并切斷LED上的電流,僅當UDIMM = 0.25V > 0.2V時,才允許芯片工作。
模擬調光時, 輸出平均電流ILED(AVG)與模擬調光信號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, 驅動1只正向壓降為3.2V的白光LED時,開關頻率為300kHz(典型值),最高開關頻率可達1MHz左右。
圖2
3、設計模擬調光電路時可將一個穩定電壓經過精密電阻分壓器獲得所需 的UDIM,供模擬調光使用。調光用電位器的調壓范圍應能覆蓋0.3~2.5V,并應留出一定余量。亦可用按鍵式數字電位器來代替機械電位器。 從調光效果看,使用對數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）
