高效的LED恒流驅動電路設計

高效的LED恒流驅動電路設計

   恒壓供電的基本電路(圖1左)采用反饋電阻RFB1和RFB2，當負載電流發生變化時，VFB也隨之變化，DC/DC穩壓器通過感知VFB的變化，使輸出電壓維持在一個固定的電平：V0=(VFB*(RFB1+RFB2))/RFB1 (1)

   在圖1右邊電路中，DC/DC穩壓器的FB是高阻輸入端，流經LED的電流IF為：IF=VFB/RFB (2)

圖 1

   為保持IF恒定，DC/DC穩壓器感知VFB，然后調整LED正端電壓，使流經LED的電流保持恒定。這就是利用DC/DC穩壓器FB反饋端實現恒壓到恒流轉換的原理。

   一般來說，DC/DC穩壓器對VFB的變化有一個感知的范圍，一旦LED選定，其工作電流IF的大小也就確定了，所選的電阻要保證VFB落在DC/DC穩壓器容許的范圍內。

  以VFB等于1.25V為例，假設IF分別為15mA、350mA和700mA，采樣電阻的功耗將分別小于20mW、400mW和800mW。對于1W的LED來說，采樣電阻的功耗分別占到總電源消耗的2%、40%和80%。因此，采樣電阻的設計對提高LED的功效至關重要，它應該選取盡可能小的數值。
   由于直接將RFB連接FB端會造成RFB的功耗過大，所以在FB端和RFB之間放置一個運算放大器，以放大RFB采集到的電壓VTAP(圖2)。

IF=VTAP/RFB=(VFB/RFB)*(1+RF/RI) (3)

 

圖 2

通常，1W大功率LED的典型工作電流為350mA，如果選擇RFB等于1歐姆，則RFB的功耗為：PRFB=I2*R=0.352*1=0.12W (4)

   考慮運算放大器本身的功耗，RFB及其附屬電路的功耗大約為1W LED功率的12%。這樣就能在確保LED獲得恒流供電的同時，將RFB的功耗降低到可以接受的水平，從而使LED兩端的電壓盡可能大，流經的電流也盡可能大。國家半導體按照這個原理工作的穩壓器有LM2736和LM2734。

          LM2734是1A降壓型穩壓器。基于LM2734的恒流驅動電路(圖3)利用LM321運算放大器獲取采樣電阻Rset上的電壓，結合其它電阻和電容就可以構成一個完整、高效率的大功率LED恒流驅動電路。在實際使用中，有些LED恒流驅動電路可以直接從采樣電阻獲取反饋電壓，如圖4所示。

圖3：基于LM2734的恒流驅動電路。

圖4：從采樣電阻直接獲取反饋電壓的設計。

 

   圖3中采樣電阻Rset決定了恒流驅動電路的設計，而且對整個系統的效率有重要影響，因此仔細設計Rset對節省能源至關重要。圖3和圖4的詳細設計文件請向國家半導體當地授權分銷商索取。

   一般來說，如果要求LED驅動電流的變化不超過標稱值的5%至10%，那么采用精度為2%的電阻就足夠了。LED驅動電流的典型波動范圍是正負10%。由于采樣電阻消耗的功率較大，應避免使用功率較小的貼片電阻。此外，LM3478方案適用于多個大功率LED的恒流驅動，而基于LM5021的恒流驅動設計方案則針對220V AC/DC轉換器的應用。

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