1、基于电感电流连续导通模式的降压式LED驱动器的基本原理如图2-6-1所示。它属于自激式降压变換器,主要包括以下5部分: ①由运算放大器A、MOS场效应管V2(P沟道管)和 RSET(LED平均电流设定电阻)组成的镜像电流源, 其输出电流IH是LED灯串平均电流ILED(AVG)的镜像电流(因图1中未使用输出电容器, 故LED需用平均电流表示),二者存在确定的比例关系,令k为比例系数,则IH=kILED(AVG); 仅当k=1时 IH= ILED(AVG)。 由于一般情况下k«1,因此可将大电流ILED(AVG)按比例转換成 小电流IH,使取样电流値大大减小。R1为镜像电流源的内部电阻。镜像电流源的输入端 接UI,输出端经过内部电阻RL、RL(HYST)接地, RL为镜像电流源的负载电阻, 镜像电流源的控制电压取自RSET两端的压降。 ②模拟调光信号UDIM的输入电路,包括1.20V带隙基准电压源(它经过电阻R2给模拟调光信号输入端 DIM提供1.20V的偏置电压) ,低通滤波器LPF(用于滤除高频干扰)。 ③恒流控制电路,由比较器1、N沟道 MOSFET功率开关管V1和滞后电路(包含N沟道MOS场效应管V3、 设定负载滞后量的电阻RL(HYST))组成。 ④内部电源关断控制电路,它包含内部稳压器和比较器2。 ⑤用于维持输出电流恒定的电感器L、LED灯串及超快恢复二极管(或肖特基二极管)VD。
电感电流连续导通模式的工作原理是当功率开关管V1导通时,对电感进行诸能,通过电感的电流路径为 UI→RSET→LED灯串→L→V1→地,此时VD截止,电感电压UL的极性是左端为正, 右端为负,当V1截止时,由于在电感上产生反向电动势,UL的极性变成右端为正,左端为负, 使得VD导通,电感开始泄放能量,泄放电流的途径变为从L的右端出发→VD→RSET→LED灯串→返回L的左端, 因此,无论V1是导通还是截止,电感上始终都有电流通过,且电流方向保持不变,这就是连续电感电流导通模式的基本原理。
2、采用连续电感电流导通模式有以下优点:
(1)外围电路简单,使用元器件数量少,可降低LED驱动电源的成本。
(2)恒流特性好,恒流精度可达2%~5%。
(3)通过控制小电流来调节ILED(AVG),这有利于提高电源效率。
(4)与不连续电感电流导通模式相比,连续电感电流导通模式可提高大功率LED驱动电源的效率。
(5)可省去输出滤波电容器,设计成无输出滤波电容器的长寿命LED驱动电源,输出滤波电容器的主要作用是滤除纹波和噪声, 但由LED灯串的亮度取决于通过灯串的平均电流ILED(AVG)値,并不受高频纹波电流的影响, 因此只要使输出噪声不超过允许値,即可使用小容量的陶瓷电容器,而不用选择成本高、体系积大、寿命短、 具有低等效串联电阻(RESR)的铝电解电容器,铝电解电容器是限制LED灯具寿命的重要因素。
图1：原理
由图1可见,当UDIM>URL时,比较器1输出高电平,使功率开关管V1导通, 流过LED的电流ILED(AVG)线性地增大,ILED(AVG)通过镜像电流源使IH也同步的线性增加, 进而使U.,.升高,当URL>UDIM时,比较器1输出低电平,将V1关断, 流过LED的电流ILED(AVG)按照线性规律减小,使V3截止。由于RL(HYST)串联在RL上, 这就抬高了比较器1的反馈电压URL,以便使比较器1的输出保持为低电平,随着ILED(AVG)线性地减小, URL也随之降低,直到URL<UDIM时进入下一个振荡周期,因为流过LED的电流是锯齿波, 其平均电流ILED(AVG)与比较器1的电压阀值(即UDIM)成正比,因此改变UDIM即可改变ILED(AVG), 最终达到模拟调光之日的。
比较器1的滞后电路由V3和RL(HYST)组成,其作用类似于施密特角成发器,当UDIM>>URL时, 比较器1输出为高电平,使V3导通,将RL(HYST)短路,此时滞后电路不起作用, 一旦URL>>UDIM, 比较器迅速翻转后输出为低电平,使V3截止,滞后电路起作用,使URL进一步升高, 直到UDIM>>URL,比较器1才能输出高电平,令V3导通,滞后电路失效,因此, 滞后电路可使URL形成锯齿波电压,能避免比较器及V1频繁地动作。
图1中,模拟调光信号UDIM的允许输入范围是0.3~2.5V。1.20V带隙基准电压源经过电阻R2 给DIM端提供偏置电压,不进行模拟调光时DIM端为开路,该端被偏置到1.20V,以保证LED能正常发光,此外, UDIM还被送至内部电源控制电路,当 UDIM<0.2V时,芯片进入待机模式,内部电源掉电, 使功率开关管V1,关断并切断LED上的电流,仅当UDIMM = 0.25V > 0.2V时,才允许芯片工作。
模拟调光时, 输出平均电流ILED(AVG)与模拟调光信号UDIM的特性曲线示例如图2所示, 图中的实线和虚线分别对应于电流检测电阻RSET=0.1Ω(最小値)、0.2Ω时的ILED(AVG)-UDIM曲线, 由图可见,当UDIM>>0.3V时,ILED(AVG)随UDIM的升高而线性地增大, 当DIM端悬空、L=47µH、ILED(AVG) = 1A, 驱动1只正向压降为3.2V的白光LED时,开关频率为300kHz(典型值),最高开关频率可达1MHz左右。
图2
3、设计模拟调光电路时可将一个稳定电压经过精密电阻分压器获得所需 的UDIM,供模拟调光使用。调光用电位器的调压范围应能覆盖0.3~2.5V,并应留出一定余量。亦可用按键式数字电位器来代替机械电位器。 从调光效果看,使用对数电位器要比线性电位器更符合人眼的感光特性。（来源电子设计基础）
