摘要：本應(yīng)用筆記提供了一個(gè)驅(qū)動(dòng)高亮度LED的簡(jiǎn)單電路，只需很少的外圍元件，并提供了線性和PWM亮度調(diào)節(jié)的功能。非常適合Osram、Lumiled、Cree和Nichia LED。

概述

反激型LED驅(qū)動(dòng)器比較通用，因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)可以用于輸入電壓高于或低于所要求的輸出電壓。此外，當(dāng)反激電路工作在非連續(xù)電感電流模式時(shí)，能夠保持LED電流恒定，無(wú)需額外的控制回路。本應(yīng)用筆記所描述的電路基于高度集成的MAX16802 PWM LED驅(qū)動(dòng)器IC。

應(yīng)用

LED軌道照明
通用LED照明設(shè)備

特性

• 10.8V至24V輸入電壓范圍
• 為單個(gè)3.3V LED供電，提供350mA (典型)電流(其它LED配置結(jié)構(gòu)，請(qǐng)按照設(shè)計(jì)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì))
• 29V (典型值)陽(yáng)極對(duì)地的最大開(kāi)路電壓
• 262kHz開(kāi)關(guān)頻率
• 逐周期限流
• 通/斷控制輸入
• 允許使用低頻PWM信號(hào)調(diào)節(jié)亮度
• 可以調(diào)整電路以適應(yīng)多種形式的串聯(lián)、并聯(lián)LED配置

典型應(yīng)用電路

注意：當(dāng)+VLED和-VLED不與LED連接時(shí)，請(qǐng)勿給電路供電。

元件列表

Designation	Qty.	Description
C1	1	1nF ±10%, 50V X7R ceramic capacitor (0603) TDK C1608X7R1H102K
C2	1	220pF ±10%, 50V X7R ceramic capacitor (0603) TDK C1608X7R1H221K
C3, C4, C7	3	0.1μF ±10%, 50V X7R ceramic capacitor (0603) TDK C1608X7R1H104
C5	1	10μF ±10%, 25V X7R ceramic capacitor (1206) TDK
C6	1	10μF ±10%, 16V X7R ceramic capacitor (1206) TDK C3216X7R1C475K
D1	1	40V, 1A Schottky diode (SMA) CMSH1-40M Central Semiconductor
L1	1	10μH inductor Coilcraft DO3308P-103
Q1	1	40V, 0.045W MOSFET Vishay Si2328DS
R1, R3	2	499k ±1% resistor (0603)
R2	1	22.1k ±1% resistor (0603)
R4	1	73.2k ±1% resistor (0603)
R5	1	100k ±5% resistor (0603)
R6	1	150 ±1% resistor (0603)
R7	1	100 ±1% resistor (0603)
R8	1	10 ±5% resistor (0603)
R9, R10	2	1 ±1% resistor (0805)
R11	1	1 ±1% resistor (0805)
U1	1	PWM IC Maxim: MAX16802AEUA (8-pin μMAX?)

電路拓?fù)?/H2>開(kāi)環(huán)，非隔離型反激LED驅(qū)動(dòng)器十分通用，而且使用方便。它具有一系列優(yōu)點(diǎn)，非常受歡迎。這些優(yōu)點(diǎn)包括：

• 無(wú)需外部控制環(huán)路即可調(diào)節(jié)LED電流
• 非連續(xù)電感電流傳輸降低EMI輻射
• 較低的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通損耗
• 簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)流程
• LED電壓可高于或低于輸入電壓
• 較寬的輸入電壓范圍
• 可以方便地接入PWM亮度調(diào)節(jié)信號(hào)

最大的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，代價(jià)是存在以下缺點(diǎn)：

• LED電流受元件容限的影響，例如，電感和檢流比較器傳輸延遲
• 非連續(xù)電感電流工作模式，使該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更適合于低功耗應(yīng)用

設(shè)計(jì)步驟

最重要參數(shù)是LED的電流。高亮度LED的工作電流一般為幾百mA。為了延長(zhǎng)LED的工作壽命，電流必須保持恒定；電源從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)器?？梢酝ㄟ^(guò)幾種方案實(shí)現(xiàn)，一個(gè)簡(jiǎn)單而且低成本的解決方案是：采用專用的電流模式PWM控制器IC，例如MAX16802。該器件的優(yōu)點(diǎn)是：

• 高集成度—所需的外圍元件很少
• 高達(dá)262kHz開(kāi)關(guān)頻率
• 微小的8引腳μMAX封裝
• 較小的檢流門(mén)限，降低損耗
• 相當(dāng)精確的振蕩頻率，有助于減小LED電流變化
• 片上電壓反饋放大器，可用于限制輸出開(kāi)路電壓

給定LED參數(shù)為：

步驟1：計(jì)算最小輸入電壓下最佳占空比的近似值：

其中Rb為整流器電阻，與應(yīng)用電路中的R11相同，在本應(yīng)用中設(shè)定為1。VD為整流二極管D1的正向壓降。

將已知數(shù)值代入上式得到：

步驟2：計(jì)算峰值電感電流的近似值：

其中Kf為臨界“誤差系數(shù)”，這里設(shè)為1.1。

將已知值代入上式得到：

步驟3：計(jì)算所需電感的近似值，并選擇小于并最接近于計(jì)算值的標(biāo)準(zhǔn)電感：

其中L為應(yīng)用電路中的L1；f為開(kāi)關(guān)頻率，等于262kHz。

將已知值代入上式得到：

低于該值、最接近的標(biāo)準(zhǔn)值為10μH。

步驟4：通過(guò)反激工作過(guò)程傳遞到輸出端的功率：

輸出電路的損耗功率等于：

根據(jù)能量守恒原理，上述兩個(gè)式子應(yīng)該相等，即可得到一個(gè)更精確的峰值電感電流：

其中L為實(shí)際選擇的標(biāo)準(zhǔn)電感值。

將已知數(shù)值代入上式可得：

步驟5：計(jì)算檢流電阻，由R9和R10并聯(lián)而得；計(jì)算電壓檢測(cè)分壓電阻(如果需要)，由R6和R7組成。

MAX16802的限流門(mén)限為291mV。因此選擇R9、R10、R6和R7，滿足步驟4所計(jì)算的電感峰值電流。

這步完成后，即可得到應(yīng)用電路中的各個(gè)元件值，該電路可提供12V、350mA輸出。因?yàn)榇嬖诩纳?yīng)，因此電阻值(R7)需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以得到所期望的電流。

步驟6：R1和R2可選。它們用于調(diào)整+VLED至29V。這在輸出端出現(xiàn)意外開(kāi)路時(shí)非常有用。如果沒(méi)有上述元件的分壓，輸出電壓有可能上升，導(dǎo)致器件損壞。

元件C1和R5也為可選，用于穩(wěn)定電壓反饋環(huán)路。對(duì)于當(dāng)前應(yīng)用，可以不使用這些元件。

低頻PWM亮度調(diào)節(jié)

控制LED燈源亮度的最好辦法是通過(guò)一個(gè)低頻PWM脈沖調(diào)制LED電流。使用這種方法，LED電流根據(jù)占空比的變化觸發(fā)脈沖，同時(shí)保持電流幅度恒定。這樣，器件發(fā)出的光波波長(zhǎng)在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)保持不變。

利用下面電路可實(shí)現(xiàn)PWM亮度調(diào)節(jié)。

特性曲線

印刷電路板