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LED驱动电源设计讲解与应用

2013-11-21 17:29
退思
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  LED电流常由安定电阻或线性稳压器控制,但本文主要讨论交换式稳压器。LED驱动架构基本上可分为降压、升压和升降压等三种类型,实际架构则应由输入电压与输出电压的关系决定。

  如果输出电压永远低于输入电压,则可采用降压稳压器。在此电路里,输出滤波电感L1的平均电压是由功率开关的负载周期所控制。TPS5430内含的FET开关导通时会将输入电压连接到电感L1并产生电流,逆向电压保护二极管D2则会在开关截止时提供另一条电流路径。L1电感可以稳定LED电流,因为电路会透过电阻监控LED电流,然后比较电阻电压与控制组件内部的参考电压以判断电流大小:如果电流太小,就增加功率开关的负载周期来提高L1电感的平均电压,以便让LED电流升高。这个电路的工作效率很高,因为功率开关、逆向电压保护二极管和电流感测电阻的电压降都很小。

  

  降压式LED驱动器会将输入电压转换为较低电压

  如果输出电压永远大于输入电压,升压转换架构就是最佳选择。这个设计除了控制电路外,同样会使用内含功率开关的组件U1。功率开关导通时,电流会通过电感到地。开关截止时,U1接脚1的电压会上升直到D1导通,电感也会经由输出电容C3和多个串联的LED开始放电。多数应用会利用C3稳定LED电流,若没有该电容,LED电流会变成在零与电感电流之间交替切换的不连续电流,不仅会降低LED的亮度,还会产生更多热量而缩短LED寿命。此电路也和前面一样利用电阻感测LED电流,再根据结果调整负载周期。注意,此架构很大的缺点是没有提供短路保护,输出端短路会造成庞大电流通过电感与二极管,将导致电路故障或输入电压大幅下降。

  

  整合式升压LED驱动器将输入电压转换为高电压

  如果输入电压的变动范围很大,有时高于输出电压,有时又低于输出电压,那么单纯的降压或升压架构就不适用。除此之外,升压应用还可能需要短路保护功能。在此状况下,设计人员应采用升降压架构。这个电路与升压转换架构很类似,会在功率开关导通时建立电感电流,等到功率开关停止导通,电感电流就会通过输出电容和LED。这种设计与升压转换架构的区别在于输出电压不是正值,而是负电压。此架构还能在输出短路时将开关Q1切断,所以可以避免升压架构发生的短路问题。此电路的另一特点是尽管输出为负电压,感测电路却不需执行电压位准转换——因为控制组件的地线连接到负输出端,并直接测量感测电阻R100两端的电压。下图中虽然只有1个LED,实际应用却可串联多颗。另外要注意的是,输入电压与输出电压的总和不能超过控制组件的最大电压额定值。

  

  升降压架构支持很大的输入电压范围

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