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基于DC／DC开关稳压器的大功率LED恒流驱动设计

• 摘要：针对当前市面上DC／DC LED(发光二极管)专用恒流控制芯片价格高、不易购买的情况，阐述了基于市面常用DC／DC稳压器的高效率恒流稳压电源的通用设计方法，并给出了基于LM2596-ADJ开关稳压器的设计实例。与传统的恒压电源相比，电路增加了阻值很小的采样电阻以及由通用运算放大器组成的电压反馈回路和电流采样、放大反馈回路，同时增加了电压、电流反馈回路自动切换电路，使电路能根据负载大小在恒压和恒流模式之间自动切换。实验数据表明，基于该方法设计的LED恒流稳压电源恒流精度高，误差小于1％，效率超过87％，且电路工作稳定，元件取材广泛，价格低廉。电感器英文
  关键词：LED；DC／DC；恒流电源；LM2596-ADJ；高效率
  
  当前全球能源紧缺日益加剧，制约着经济的发展，节能成为人类面临的重要课题。在照明领域，被称为第4代照明光源或绿色光源的LED照明产品以节能、环保、寿命长、体积小、坚固耐用等特点吸引着世人的目光。
  由于LED的伏安特性呈现非线性且伏安特性具有负温度系数的特点，以及生产工艺和生产水平的差异，不同生产厂家生产的同样功率等级的大功率LED伏安特性存在差异，即使是同一厂家生产的同一批次的LED，个体间的正向压降也存在一定差异等原因，为了减少LED的光衰，延长LED的使用寿命，LED的驱动电源采用低压直流恒流电源。目前，安森美、TI等世界知名半导体器件公司均推出了适合L一体成型电感ED驱动的DC／DC专用恒流控电感器生产厂家制集成电路，如NCP3066、TPS40211DG等，该类集成电路具有较高的转换效率，但该类集成电路价格相对较高，市面上不易购买。针对该问题，本文阐述了基于市面常用的DC／DC开关稳压器的恒流稳压电源的通用设计方法，并给出相关设计实例以及相关测试数据。
  
  1 基于DC／DC稳压器的恒流稳压电源设计
  DC／DC开关稳压器自问世以来，广泛应用于各种电子设备中，用作恒压源，当负载电流在额定范围内变化时，其输出电压保持不变。DC／DC开关稳压器的原理框图如图1所示。

  

  
  DC／DC开关稳压器输出电压，其中Vref为DC／DC开关稳压器内部自带的基准电压或者用户外接的基准电压，R1、R2构成输出电压采样电路，用于设置输出电压的大小。当输出电压Vout因负载变化而变化时，反馈电压Vf也随着变化，DC／DC稳压器内部的控制电路根据反馈电压Vf(采样电压)与Vref差值的大小来适当调整扁平型电感功率变换电路的控制参数(如PWM的占空比等)，使输出电压稳定在一个固定的值，达到稳压的目的。
  恒流源和恒压源在电路上的差别反应在两者的采样电路采集的对象不一样。恒压源为了保持输出电压的恒定，需要实时对输出电压跟踪、控制，在负载变化的情况下使输出电压不随负载的变化而变化，而恒流源是指在负载变化的情况下，稳压器能根据负载的变化相应调整输出电压，保持输出电流不变，恒流源采样电路采集的是输出的电流信号，但实际上采集的是经过I／V转换后反应电流大小的电压信号，因此，把输出的电流信号转换成电压信号，输入到DC／DC开关稳压器的反馈引脚，就能实现恒压源到恒流源的转变，如图2所示。

  

  
  DC／DC开关恒流驱动基于可调输出的DC／DC开关稳压器设计，即输出电压采样电路外置的DC／DC开关稳压器设计的，而固定输出的开关稳压器是不能设计成恒流源的。无论是功率管集成的还是外置的可调输出的DC／DC开关稳压器，均可设计成恒流源。实质上，固定电压输出的DC／DC开关稳压器是其内部集成了电压采样电路，对外没有设置反馈引脚，电流反馈信号无法引入误差放大电路，从而不能设计成恒流源。
  在图2中，恒流源输出电流值，由于Vref为定值，改变Rs即可改变输出电流值。恒流原理用式(1)、(2)来说明。
  

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