一种新颖的大功率白光LED驱动电路设计

2006年I2月 光 源 与 照 明 2006年第4期 一 种新颖的大功率白光LE D 驱动电路设计 陈 鸣 傅 诚 周毅人 中山大学工学院 (510275) ； 摘 要 大功牢白， LED是电流型器件，严格的控制其流过电流的大小显得尤为重要。该文介绍了一种用普通开关电源 々用集成电路控制块作为控制电路，实现以PWM控制的大功率向光LED驱动电路，通过实验得到验证浚电路没计是U行的 关键词 大功率白光LED PWM控制 驱动电路 引言 LED的运用是二十一世纪照明市场的新希望，尤 其是大功率白光LED更被寄以厚望，是照明产品的新 必光源，有“绿色照明”光源之称．发展潜力无限。自 光LED的电学特性是这样的，当~'t'／Jn电压大于阀值电 压，发光二极管导通后，电压略有提高，流过发光二 极管中的电流上升很快，而发光二极管的发光强度随 着电流的上升接近线性增加[11，可是长期超过额定电 流T作，容易使LED的半导体芯片烧坏．因此LED普 遍使州的驱动方式是基于电阻的驱动，这种方式不能 解决由于LED的属性不同和供电电压波动引起的光 发射不一致的 题，不能提供稳定的_T作电流，而且 能量损耗也很大．不利于LED的散热，能量利用率低， 不能实现节能的目的。 本文提出了一种简便易用、控制 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 简单的大功 率 光LED新型驱动电路。其实验结果验证了该驱动 电路的可行性。 1 电路构成与工作原理 由于大功率白光LED是电流型器件，严格的控 制其流过电流的大小显得尤为重要。一旦连续电流超 过了大功率白光LED允许的最大电流值，就很容易 烧毁。为了减小电路损耗，克服因电源电压不稳带来 的影响，使用脉冲宽度调制(PWM)的驱动电路，电路 的组成的结构如图 1所示。针对大功率白光LED是 电流型器件，采用峰值电流模式PWM控制技术，在 PWM比较器的输入端直接用输出电流检测信号与误 差放大器的输出信号进行比较，实现对输出脉冲占空 比的控制，可以改善整个系统的瞬态响应，调节性能 好．具有自动限流作用．易于实现限流和过流保护。 采用德州仪器的Ic芯片UC3842／3／4／5系列的电 流型PWM控制器』21作为控制电路，UC3842／3／4／5内 部集成了可微调的精密带隙基准电源、欠电压锁定 比较器、高频振荡器、低阻抗误差放大器、电流检 测 比较器、PWM锁存器以及大电流图腾柱式输m 电路。利用电流检测电路和电流检测比较器构成电 流闭环，实现峰值电流PWM控制，具体驱动电路见 图 2。该电路是有UC3844、MOSFETQ3、电感L1和 大功率自光LED组成。利用引脚4所接的电阻电容 a42。C18，确定PWM的振荡频率；误差放大器外接 阻容补偿电路使电路保持稳定。即在误差放大器的 输出端引脚 1和误差放大器反相输入端引脚2之间 连接电阻 电容cI9；将引脚2直接接地，使输m的 占空比固定，此时输出脉冲的占空比为器件本身最 大占空比，而占空比的调整则有引脚3来确定 利刚 与功率电路相连的接地电阻将电流检测信号转化为 电压信号后，通过引脚3输入到电流检测比较器．存 UC3844控制器的内部．电流检测比较器的反向输入 端被内置的齐纳二极管钳位在1 V，如果引脚3上的 电压达到这个阀值，电流限幅电路将开始T作，限流 1 的阀值由f= ” 几 式中 ——白光LED在脉冲工作fi寸允许的最大 峰值电流 — — 直接与功率电路相连的接地电阻 图 1 电路原理框图 维普资讯 http://www.cqvip.com 2006年I2月 光 源 与 照 明 2006年第4期 D10 暑 I军I 2 LED职动电路 而欠电压保护可以利用器件本身的欠电压锁 定功能实现，引脚6可以直接驱动功率MOSFET，由 MOSFET实现对白光LED功率回路的PWM控制。控 制的目的是流过白光LED的电流不要超过额定电流， 具体分析如下： 光LED在PWM调制下，其等效电路如图3、图 4所示，罔3是MOSFET导通的情况，图4是MOSFET 截止的情况，由图3得电路的电压平衡方程式为 3 MOSFET导通时的等效电路 di =L + 十 Ill “ 。 一 外施电压： i一流过LED的电流，等于电感中电流； ，．一限流电感 ； R 一同路等效电阻，包含接地电阻； Il 一LED导通是等效压降。 网4 MOSF~F截止时的等效电路 南冈4得MOSFET截止时电压平衡方程式为 df (7= L + iR + ／'4LED t，≤ f< 71 忽略回路电阻R ，假设在导通期间，LED的导通 压降基本不变，f上升率为常数则流过LED的电流为 (丁)+ r 式中 (丁)为电感电流的初始值，为最小值。 在关断期间，电感电压近似为一“ ，电感电流变 化率为负值，且为常数．呈线性下降 ¨。)一 丁 式巾i(t，)为电感电流的初始值，为最大值。 电流达到最大值是 + tt 电流达到最小值是 ’ I ： 【 一 T inln mHx f 稳态时在一个周期T内的电流平均值如图5所 示 图5 电流波形 f n+ )上 =( +芋 ) + 。 ff+ 2 了1 一 r ． u一¨ LEI】 、 t1十‘． =( + )_ 上式含续流时间tv ，当电流连续时t +r =丁； 当电流不连续时 =0，即在一个周期结束时，最小 电流等于零时，此时的电流为临界电流i ． 一 “LED — f 当电流平均值大于临界电流时．电流为连续状 态，当电流平均值小于临界电流时，电流为断续状态， 由此可求得临界电感L r L 二 f ． ： 二 DT 2inc 2i目 从上式可以得到，电感的取值与开关频率、占 空比、电源电压、白光LED的串联个数及临界电流有 维普资讯 http://www.cqvip.com 2006年l2月 光 源 与 照 明 2006年第4期 关。临界电流取值小，容易使电流满足连续要求。但 电感的体积会另外对有较高的开关频率来说，减小 MOSFET的导通损耗和减小续流二极管的关断损耗， 电感电流可以工作在不连续的工作状态。由于负载是 白光LED，根据其在冲供电时，脉冲电流可以大于额 定电流一倍。冈此在设计电感时可以考虑体积等因 数，电感的数值较小，这样使白光LED有瞬时的关断， 减小了白光LED~J-3；E；片PN结区温度，当然应控制白 光I,ED的最大脉冲1 作电流使芯片PN结产生的温度 不高于允许的最高结温，白光LED的发光强度随着电 流的上升接近线性增加，由于直流电流可以产生比有 察 兰 甍 着相同均值的脉冲电流更高的亮度，应尽量减小续流 二檄管关断时间。 2 实验结果 对图2的样机做实验。电源电压 +=24 V，六 个LED串联，LED等效导通压降=19，8 V．f临界电流 取200 mA，UC3844的最大占空比时0．5，设定占空比 为0．45，开关频率接近10 kHz，电感L=200 mH，比 计算临界电感小，是为了使LED有短暂的关断。由 UC3844产生PWM控制信号。图6示出测试结果。 川． ，L- ／1 ．／1 以lJ ：-- _ t／100“ h 接地电阻电压渡形 6实验结果 由图6a给出MOSFET的驱动电压波形，它表明 电流榆测电路和电流检测比较器构成电流闭环，实现 峰值电流PWM控制。罔6h给m接地电阻上的电压波 形，可见在MOSFET通过期问，LED的电流是上升的， 当达到峰值时，电流限幅电路将开始工作，关断功率 管。网6c是LED的电流波形，可见电流有上升阶段和 续流阶段。实验结果表明大功率白光LED新型驱动电 路是可行的。 LED的电流波形 白光LED新型驱动电路，具有响应速度快，调节性能 好．易于实现限流和过流保护。可以克服因电压不稳 所引起的发光强度的变化，可用于太阳能路灯照明系 统中。同样适用AC／bC的照明系统中。其缺点是不能 实现对大功率白光LED凋光控制。 参考文献 ⋯ 潘英俊．邹建．光电子技术．再庆大学出版社。2000(7)：34 倪海东．蒋玉萍． 高频开关电源集成控制器 机械]-业；=n 3 结论 版社．2005(1)：29-37 本文介绍的一种简便易用控制方法简单大功率 监视广告用小型LED旋转灯 日本阿洛电子 业公司开发应用范围广的小功 率LED旋转灯，使用在集中监视室的管理，停车场出 人口的安全灯．方便门的监视、照相机连动。 除监视用外，也能使用在自动机械的运转 示， 建设机械的过负荷警报．广告招牌等的吸引视线物 等。 产品采片J AC／DC 24V 3W LED，比过去的灯泡 型明亮及省电，寿命至辉度减半时为20 000 h长寿命。 主要特征于下： AC／DC 24 V规格P．L．C，可直接驱动(DC24 V200 mA以上，可按制对应冲击电流2 A以上的P．L．C)。 保护特性 1P23(正方向安装时 )，可使用在室外。 灯体丙烯腈丁二烯苯乙烯树脂。为球状物透明度 超群的异丁烯树脂。 (陈云 生 ) 维普资讯 http://www.cqvip.com