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為高亮度LED提供高效電流驅動
2017-11-11 17:52:54

摘要:本文討論的簡單電路能夠調節高亮度LED的驅動電流,該電路采用非定制、高度集成的降壓型開關調節器(MAX5035),能夠準確地控制流過LED的電流。MAX5035 DC/DC轉換器在7.5V至76V寬輸入電壓范圍內保持125kHz固定工作頻率,是汽車應用的理想之選。亮度控制可以通過模擬(線性調節)或低頻占空比(PWM調節)方式實現。

關鍵詞:高亮度LED;驅動電流;DC/DC轉換器;亮度控制

高亮度LED發展背景

  近幾年,高亮度LED (HB LED)在各種照明系統中作為光源日益受到青睞,這是由于高亮度LED具有高度的可靠性,使用壽命可以達到幾十甚至幾萬小時,比傳統的白熾燈或鹵素燈的使用壽命高出幾個數量級?;谶@一優勢,高亮度LED在汽車照明、公共標示與信號標志以及建筑照明中得到普遍應用。


圖1 通過調節控制電壓(0V至3.9V),MAX5035 LED電流驅動器能夠在LED_A和LED_K端產生近似350mA至0mA的輸出電流


圖2 圖1電路中LED電流隨控制電壓的變化關系曲線,電流測量值通過連接在LED_A端和LED_K端的電流表得到

  高亮度LED是經過特殊處理的PN結半導體器件,正向偏置時可發出白光、紅光、綠光或藍光(也可能產生其它顏色光)。作為PN結它們表現出類似于傳統二極管的V-I特性,但具有較高的結壓降。在正向電壓達到VF(從紅光LED的2.5V到藍光LED的4.5V),流過LED的電流很??;一旦正向電壓達到VF,電流將迅速上升(與傳統二極管相同)。因此,必須采用限流措施限制電流的上升,以防LED損壞。目前有三種基本的限流方式,表1對這三種方式進行了對比。

高亮度LED開關電源

  圖1是基于固定頻率、高集成度PWM開關轉換器MAX5035的高亮度LED電源原理圖,輸出電流可達1A。另一類似器件MAX5033的輸出電流可以達到500mA。這款基于電感的buck調節器能夠準確控制流過LED (或幾個串聯LED,總電壓為12V)的電流。MAX5035的開關頻率為125kHz,輸入電壓范圍高達76V (需使用更高額定電壓的輸入電容和二極管)。此電路可以在較寬的輸入電壓范圍內控制并保持恒定的LED電流。表2總結了該電路的設計規格。

表1 限流方式比較
1假設一個白色LED:VF=4V、ILED=350mA、VIN=12V。


  利用圖1電路在控制端作用一個電壓調節LED電流(圖2)。圖3給出了這一控制架構的效率。

表2 圖1電路的基本參數


  控制電壓與三個并聯檢流電阻的電壓共同作用到IC的反饋(FB)引腳。IC的內部控制環路使FB引腳的電壓保持在大約1.22V,因此,由于控制電壓與電流檢測電壓都必須保持在1.22V (由電阻R1和R5設置),更高的控制電壓將產生更小的電流。

  以下等式除了適用于本例外,還可用來設計其它的輸出電流和控制電壓:


  其中:VREF = 1.22V、RSENSE是R2、R3與R4的并聯電阻值(= 5Ω)。

  在許多情況下,利用低頻(50Hz至200Hz) PWM方式調節LED電流非常方便,通過控制脈沖寬度調節亮度(圖4)。雖然LED在每個脈沖期間保持相同亮度,肉眼能夠察覺到短暫的亮度變化,但是,這種調節方法的優點在于光譜保持不變,采用幅度調節時光譜會隨著流過LED電流的變化而改變。


圖3 圖1電路在驅動一只、兩只或三只綠色350mA串聯LED時,調節器效率與LED電流的關系曲線


圖4 圖1電路低頻PWM亮度調節的控制和LED電流波形。Ch1:VCONTROL,Ch3:ILED。負載為三個串聯綠色LED,總電壓近似為9.5V。替換小的輸出電容,可以減小關斷時的振蕩幅度

  采用100Hz、0V至約3.9V的方波控制波形時,LED電流的脈沖如圖4所示。一般來說,低頻PWM調光電路的效率比線性LED調光電路(圖2)更高。


圖5 圖1所示電路的PCB布局圖

結語

  圖1所示IC (MAX5035、MAX5033)為恒流驅動高亮度LED提供了一種高性價比方案,該方案具有以下優勢:

  ·高開關頻率(125kHz)允許選擇小電抗器件(L1和C2)。

  ·能夠在寬輸入電壓范圍內實現高轉換效率。

  ·輸出電壓可達12V,能夠驅動三個串聯的高亮度綠色LED。

  ·無需機械散熱器。

  ·電壓范圍可擴展至76V,適用于驅動汽車高亮度LED。

  ·可用于24V信號標志燈和建筑照明。

  ·通過變化電流檢測電阻R2、R3與R4值,輸出電流可達到1A。

  ·內置開關功率MOSFET,簡化設計。

  ·可通過控制輸入引腳,利用模擬電壓幅度(線性調光)調節LED的亮度。

  通過控制輸入,利用低頻PWM信號調節亮度。

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