LED照明的直流驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方法.doc

《LED照明的直流驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方法.doc》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、LED照明的直流驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方法作者：無線電愛好者日期：2009-6-522:29:07人氣：1535標(biāo)簽：作為鹵素?zé)舻蛪赫彰鞯囊环N替代技術(shù)，LED照明日益流行。與鹵素?zé)襞莶煌氖?，LED沒有效率低、可靠性差以及使用壽命短等問題的困擾。本文描述了一種在直流照明系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)大功率LED的新方法，這種解決方案能提供95%的效率、更長(zhǎng)的使用壽命，并能承受更高的電氣和機(jī)械沖擊。同時(shí)對(duì)采用ZXSC300系列DC-DC控制器的實(shí)際電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了計(jì)算和分析。在圖1所示的電路中，ZXSC300系列DC-DC控制器驅(qū)動(dòng)以降壓模式工作的外部開關(guān)。表1列出了12V電源系統(tǒng)的材料清單。通過增加R2的值可提

2、供更高的系統(tǒng)電壓，例如，要得到24V的電壓僅需將R2值改為2.2kΩ，同時(shí)電容C1也須有更高的額定電壓，電路基本工作原理如下：當(dāng)Q1導(dǎo)通時(shí)，電流流過LED、電容C2和電感。當(dāng)R1兩端的壓降達(dá)到Isense引腳的閾值電壓時(shí)，Q1關(guān)斷并保持一個(gè)固定時(shí)間，電感中的能量流過D1和LED。經(jīng)過這個(gè)固定時(shí)間后，Q1重新導(dǎo)通，如此循環(huán)往復(fù)。電路工作原理分析下面對(duì)電路的工作原理進(jìn)行更詳細(xì)地分析，以得到電路參數(shù)及與系統(tǒng)設(shè)計(jì)相關(guān)的計(jì)算。下面從開關(guān)Q1在一個(gè)固定時(shí)間TON內(nèi)導(dǎo)通開始分析。ZXSC310將Q1導(dǎo)通直至它在Isense引腳上檢測(cè)到19mV電壓(標(biāo)稱值)，于是達(dá)到此閾值電壓時(shí)Q1上的電流為1

3、9mV/R1，稱為IPEAK。當(dāng)Q1導(dǎo)通，電流從電源流出，流過C1和串聯(lián)LED。假設(shè)LED正向壓降為VF，則剩下的電源電壓將全部落在L1上，稱為VL1，并使L1上的電流以di/dt=VL1/L1的斜率上升。其中di/dt單位為安培/秒、VL1的單位為伏、L1的單位為亨。Q1與R1上的壓降忽略不計(jì)，因?yàn)镼1的導(dǎo)通電阻RDS(ON)很小，且R1上的壓降總是小于19mV。19mV是Q1的關(guān)斷閾值電壓，依據(jù)Isense引腳的閾值電壓設(shè)置。VIN=VF+VL1TON=IPEAKxL1/VL1由于將VIN減去LED正向壓降可得到L1兩端的電壓，故可算出TON。因此，如果L1較小，則對(duì)于同樣的

4、峰值電流IPEAK及電源電壓VIN，TON亦較小。請(qǐng)注意，在電感電流上升到IPEAK的過程中，電流流過LED，因此LED上的平均電流等于TON上升期間及TOFF下降期間的電流之和。現(xiàn)在看一下Q1關(guān)斷期間(TOFF)的情況。ZXSC300系列DC-DC控制器的TOFF在內(nèi)部被固定為1.7us(標(biāo)稱值)，需要注意的是，如果用該值來計(jì)算電流斜坡，則其范圍最小為1.2μs，最大為3.2μs。為盡量減少傳導(dǎo)損耗及開關(guān)損耗，TON不能比TOFF小太多。過高的開關(guān)頻率會(huì)造成較高的dv/dt，因此建議ZXSC300和310的最高工作頻率為200kHz。假設(shè)固定TOFF為1.7μs，則TON最小值

5、為5μs－1.7μs=3.3μs。然而這不是一個(gè)絕對(duì)限制值，這些器件已可在2至3倍該頻率下工作，但轉(zhuǎn)換效率會(huì)降低。在TOFF期間，儲(chǔ)存在電感中的能量將被轉(zhuǎn)移到LED，只在肖特基二極管上有一些損耗。儲(chǔ)存在電感中的能量為：EQ1系統(tǒng)可以以連續(xù)或非連續(xù)模式工作，兩者之間的差別及對(duì)平均電流的影響將在后面部分中解釋。如果TOFF恰好是電流達(dá)到零所需的時(shí)間，則LED中的平均電流將為IPEAK/2。實(shí)際上，電流可能會(huì)在TOFF之前達(dá)到零，此時(shí)平均電流將小于IPEAK/2，因?yàn)樵谶@個(gè)周期里有一段時(shí)間LED的電流為零，這稱為“非連續(xù)”工作模式。如果經(jīng)過1.7μs后電流沒有達(dá)到零，而是下降到IMIN

6、，則稱器件進(jìn)入“連續(xù)”工作模式。LED電流將在IMIN與IPEAK之間上升和下降(di/dt斜率可能不同)，此時(shí)平均LED電流為IMIN與IPEAK的平均值。通過用實(shí)際值進(jìn)行計(jì)算，上面的原理可運(yùn)用于實(shí)際電路設(shè)計(jì)。例如，已知輸出電壓穩(wěn)定的12V直流電源以及3個(gè)功率為1W的LED(需要340mA工作電流)，即可參考圖1所示的電路及表1列出的材料清單進(jìn)行設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)可工作在11V至18V電源電壓范圍內(nèi)。電源輸入電壓=VIN=12V，LED正向壓降=VF=9.6V，VIN=VF+VL1。因此，VL1=12V-9.6V=2.4V。峰值電流=Vsense/R1=34mV/50m(=680mA

7、，這里R1就是Rsense。TON=IPEAKxL1/VL1在上述等式中，近似認(rèn)為在整個(gè)電流上升與下降期間LED正向壓降不變。事實(shí)上它會(huì)隨電流升高而增大，但這些公式使設(shè)計(jì)計(jì)算的結(jié)果在實(shí)際電路所用器件的容差范圍內(nèi)。此外，VIN與VF之間的差值小于它們中的任何一個(gè)，所以6.2μs的上升時(shí)間將基本上取決于這些電壓值。值得注意的是，對(duì)于9.6V的LED正向壓降以及300mV的肖特基二極管正向壓降來說，從680mA下降到零的時(shí)間為：由于TOFF一般為1.7μs，所以電流有足夠的時(shí)間降到零。