有效控制白光LED電流的開關穩壓器
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上傳人：admin 上傳時間： 2007-02-08 瀏覽次數： 133 |
編者按：數年前，制造商們還將自己白光LED而不是暗淡LED的最大正向額定電流設定為20 mA。今天的白光LED可以提供更高的亮度，因此必須工作在更高的偏置電流下。在接近LED最大額定值的大電流工作情況下仍要保持對LED偏置點的控制，就需要一種新的方法。
偏置LED最簡單、最常用的方法是與LED串聯一個電阻，以限制 LED的最大電流，但這種方法會直接影響功率效率（功率效率定義為LED 功率與總輸入功率之比）。對一個工作在350mA的白光LED而言，其二極管上相應的正向壓降約為3.2V。將串聯電阻和LED連接到5V電源，工作效率為64%，即從5V電源獲得3.2V。功耗會生熱，造成在串聯電阻的平均功耗為36 mW，正向電流為20 mA，這樣大小的功耗還是可以接受的，但當正向電流為350 mA時，功耗會迅速上升到630 mW。
另外，采用串聯電阻會使二極管偏置點以及LED亮度隨電源電壓和環境溫度而波動。美國國家半導體(National Semicondductor)公司的LM2852是開關降壓穩壓器，它采用內部補償和同步MOSFET開關，可以驅動大至2A的負載，此電路可以為一個大電流LED有效提供恒定電流驅動，同時將電源電壓和溫度變化對LED亮度的影響降低到最低程度（圖1）。
在本電路中，LM2852的工作效率約為93%，它直接控制一個步進降壓穩壓器拓撲，保持流經LED1電流的恒定，該電流可以用電位器R1調整。電路的控制回路完成電流/電壓的轉換，有效地調節電路的輸出電流。在工作中，LM2852將其內部基準電壓與由D1、R1和R2構成的分壓器電壓作比較，并驅動控制回路，在其電壓檢測管腳保持一個恒定的1.2V。通過分壓器的電流與通過LED1的電流成正比，電流比率會跟蹤電路的工作溫度范圍，因為D1和LED1有相近的正向電壓溫度系列2 mV/℃。將D1和LED1相互挨著安裝到印制電路板上，可以為溫度補償提供足夠近的熱耦合。
當R1的滑動片完全順時針滑動時，通過D1的電流約為1 mA，通過 LED1 的電流平均值約為500 mA。逆時針調整R1，可將LED1的正向電流從500 mA減小至0A。
當對不同電流回路增益標定R1和R2值時，降低增益會影響電路的轉換效率，而增加增益則使回路對元件公差更加敏感。如要作遠程亮度控制，可以用數字編程電位器替代機械式電位器R1。LED1（LXHL-BW02）的制造商是Luxeon(www.luxeon.com)，規定的極限連續電流為350 mA，峰值脈沖電流為500 mA。圖2顯示的是電路的效率隨輸入電壓的變化情況。注意，電路的效率隨輸入電壓的降低而增加，這有助于延長電池供電系統的工作時間。
當溫度出現波動時，通過LED1的電流變化率在整個溫度范圍內低于3%，比串聯電阻限流電路提高了三倍（圖3）。雖然圖1電路比單個電阻要復雜，但它也只需少量元器件。對L1而言，本樣機使用的是Coilcraft (www.coilcraft.com)的MSS5131-103表面安裝電感，額定電感量為10mH。
美國國家半導體公司LM2852 數據表對電容CIN、CSS與COUT 的選擇作了概述。為了更高效地散熱，電路的印制電路板上應有大量的銅箔焊盤和IC1與LED1的走線。當正向電流為 350 mA時，LED1耗電1.1W，因此請參考制造商的數據表，遵照其熱設計方面的建議。
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