升压、降压型LED灯驱动电路

吴善龙 · 发表于 2016-5-26 09:39

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　0.5W非隔离恒流LED驱动电路

　该电路具有元器件数量少（只需要9个元器件）、宽电压输入范围适合全球要求、成本低、尺寸小、重量轻、效率高（AC85V输入时效率大约为70％）、满足EN55022BEMI要求、EMI裕量大于SdBIlV等特点。
　　该电路以开环方式工作且无输出反馈，可用作恒流LED驱动器。该电路依靠LNK302PN的内部电流限制功能，确保供给负载恒定的电流。交流输入电源被VD1、C1、C2和RF2整流和滤波，电阻RF1应采用可熔防火型。
　　LinkSwitch－TN通过调整使能和关断周期的比例来调整输出电流，这种类型的控制方式对整个工作范围内的任何输入电压改变都具有内在的适应性。当流入反馈引脚的电流大于49uA时，MOSFET会在那个周期关闭。在这个应用中由于永远没有任何电流流入反馈引脚，器件会在每一个周期导通工作，使电流上升到限流点。由于每个周期的峰值电流是受限制和固定的，所以输出功率仅由电感的大小决定。这个设计若以非连续方式（DOM）工作，除了9EMI特性比较好，也可以保证使用低成本的75ns反向恢复的整流管。对于以连续方式（COM）工作的设计，要求使用更快的整流管（30ns反向恢复时间）。
　　输出由每个开关周期进行能量补充（66kHz），因此不需要输出滤波电容。人的视觉暂留时间（典型值为1 0ms）比开关周期长很多，因此看到的是稳定发光而没有闪烁。
　　根据LinkSwitch－TN设计指南选择L1的电感量或使用PIXls设计表格。表格内输出电压单元格的值应为LED串的电压值，输出电流单元格的值应为总的LED串的电流。

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7：NCP1216非隔离型离线式LED驱动电路

在不需要隔离的应用中，可以采用较为简单的降压拓扑结构，这种结构使用的电感比变压器小得多，而且只需要很少的元件即可实现这种解决方案。这种结构采用的是峰值电流控制（PCC）模式，工作在深度连续导电模式（CCM）下。
　　该电路充分利用高压工艺技术的优势，从交流主电源直接为控制器供电，进一步简化了电路。这种设计适合120V AC输入，若要用于230v AC输入，则需要变更少许元件，如功率FET和电容。由于这是一种非隔离型AC／DC设计，所以存在高压。而且这是一项浮动设计，IC和LED并非对地参考。在对器件进行供电之前，LED必须连接至电路板。
　　对于这类降压控制方式而言，当驱动的LED数量减少时，占空比会变得极窄。而且开关控制器在电流被检测到之前会有200～400ns的前沿消隐时间。在这种情况下，必须降低开关频率来适应正常工作，并通过半波整流输人电路将电压保持在最低值。在这种方法中，基本结构能够通过元件修改来轻易扩展，从而也能驱动多只串联的LED串。

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8：NCP5603驱动LED典型应用电路

　NCP5603是针对移动电话相机与其他便携式电子设备中照明或闪光灯应用而设计的白光LED驱动器。它是电荷泵结构，采用外部两个陶瓷电容来提供电源转换功能，并免除电源转换时需要的电感器，采用DEN-10封装，尺寸仅为3mm×3mm×0．9mm，其占用PCB面积相当有限，非常适合厚度较薄的便携式电子设备应用。NCP5603可在2．7～5．5V电池电压输入范围内提供给负载稳定的电压输出，具各1倍压、1．5倍压和2倍压自动工作模式，使器件的工作效率可达90％。NCP5603特别适合在需要较长电池使用时间的低成本、低耗电应用中驱动高电流LED。由于它能够输出高达350mA电流脉冲，所以可用于驱动功率达1W的高亮度LED，获得更佳的画质。NCP5603还拥有EN／PWM输入接脚，适用于亮度控制。此外，由于NCP5603不需要外部电感来储存能量，所以还能够作为低成本小型升压式DC／DC变换器，可为移动电话、MP3播放机或数字相机等便携式电子设备的音频放大器提供4．5V或5V固定电压输出。

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9：基于LM2734的恒流驱动LED电路

LM2734是1A降压型稳压器，利用LM321运算放大器获取采样电阻Rset上的电压，结合其他电阻和电容就可以构成一个完整、高效的大功率LED恒流驱动电路。
　　电路中，采样电阻Rset决定了恒流驱动电路的设计，而且对整个系统的效率有重要影响，因此Rset的设计参数对节省能源至关重要。一般来说，如果要求LED驱动电流的变化不超过标称值的5％～10％，那么采用精度为2％的电阻就足够了。LED驱动电流的典型波动范围是±10％。由于采样电阻消耗的功率较大，应避免使用功率较小的贴片电阻。此外，LM3478方案适用于多个大功率LED的恒流驱动，而基于LM5021的恒流驱动设计方案则针对220Ⅴ AC／DC变换器的应用。

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10：采用低频变压器及半波或全波整流的电阻限流的LED驱动电路

该电路的优点是：电路简单、成本低。缺点是：体积大、电压驱动模式，LED亮度会随着供应电压的变化而有所改变；无法提供恒流输出；突波电流较大。这种LED驱动电源的电路结构非常简单，只需要一个低频变压器、整流器、滤波电容，以及一个用于调整亮度的可变电阻。串联LED的数目主要由变压器的匝数比所决定。一旦选用变压器的匝数比固定之后，若要得到一样的亮度9就很不容易再改变LED的数目。

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电感式升压变化器LED驱动器

白光LED可以采用串联或并联连接方式，这两种解决方案各有优缺点。并联方式的缺点是LED电流及亮度不能自动匹配。串联方式保持固有的匹配特性，但需要更高的供电电压。因白光LED的正向压降为3～4V（典型值），无论是并联方式还是串联方式，大多数便携式电子设备的电池电压都不足以驱动LED，所以需要一个独立电源供电。
　　在串联配置中，LED的数量受驱动器的最高电压限制。若最高电压为40V，在串联配置中根据白光LED的正向电压，这一最高电压最多能够驱动13只白光LED，驱动电流的范围是连续状态的10～350mA。这种配置的优势是串联的白光LED可以用单线传输电流；缺点则是当PCB空间受限时（特别是高功率时），铜导线上的电流密度是个问题，而且如果在串联模式中一只白光LED发生故障，所有白光LED都将被关掉。但是，从设计角度看，如果有刀只白光LED，就要将电池电压提升到n×Vp，所以必须采用升压结构。可以利用电感元件精确地监控电流斜率，从而限制了非受控瞬间电流产生的EMI。典型的升压拓扑结构如图所示。

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吴善龙 · 发表于 2016-5-26 09:40

最近LED电源在电视中大量采用，下面就简单介绍一下LED电源中的几种架构
1：LT3468双输出升压型LED驱动器的应用电路
该电路是基于LT3486双输出升压型LED驱动器应用电路，它以l00 mA恒定电流驱动两串LED，LED电压高达36V。这个升压型变换器用小的电压检测电阻与LED串和用于PWM的调光MOSFET串联，具有高效率。在整个汽车蓄电池电压范围内（9～16V）低于LED串的电压。双通道LED驱动器驱动20个LED组成两个LED串，同时保持最高开关电压低于该集成电路的42V额定值。
2：CAT3606的应用电路
CAT3606是一款高效率白光LED驱动器，这款可调电荷泵适用于通用的大面板无闪烁背光和双白光LED显示系统。CAT3606可替代传统高亮度背光所需要的电感升压电路，从而简化系统设计。它具有大输出电流，还可用于驱动主、副移动电话显示屏或主显示屏加一个低功耗相机闪光灯。通过独立控制每组白光LED，CAT3606可使4只白光LED主显示屏和2只白光LED副显示屏变暗或进入待机模式。
　　该器件具有耗电不足1uA的系统彻底关断功能，灵活的数字接口适用于不同的亮度控制电路，低噪声和1MHz固定频率使在设计中允许使用小型外接电容，以降低成本，简化电路板设计。
　　CAT3606与锂离子电池系统配合使用，可获得90％的高效率，每个输出通道的电流可调节，可精确地匹配多达6只白光LED，确保面板的亮度一致。其独特的分数电荷泵技术通过自动转换1倍压模式至1．5倍压模式，确保在电池的整个使用寿命中保持白光LED闪烁。
　　CAT3606采用16引脚4mm×4mm QFN封装，最大高度为0．8mm。该产品采用绿色封装材料，不含卤素和铅，符合RoHS要求。

3：NCP1200驱动LED电路
　　　该电路用一种低成本的离线恒流源为多个LED供电。一个全波桥式整流器（VD2～VD3）和滤波电容器C1向变换电路IC1及其关联元件提供大约160V DC电压。电阻器R3为IC1的电流检测引脚改变偏置值，6．2kΩ的阻值允许R6使用1．2Ω检测电阻器。相对于瓦特数较高的检测电阻器，减小R6不仅可降低成本，而且能提高电路的效率。电容器C3用于稳定反馈网络的电流，并且在LED串开路时，承载400Ⅴ额定电压。由R5和C4组成的RC网络可为CS引脚提供低通滤波功能。

　4：基于LT3755的50W白光LED头灯驱动电路图

　　LT3755在LED串的高端侧检测输出电流，高压侧电流检测是用于驱动LED的最灵活的方案，PWM输入提供了高达3000：1的调光比，而CTRL输人则提供了额外的模拟调光能力。LT3755采用16引脚（3mm×3mm）QFN和MS0P封装。LT3755的主要技术特性如下：
　　（1）宽输入电压范围（4．5～40V）。
　　（2）高达75V的输出电压。
　　（3）叵定电流和恒定电压调节。
　　（4）100mV高端电流检测。
　　（5）可以采用升压、降压、降压－升压、SEPIC或反激式拓扑结构来驱动LED。
　　（6）具有LED开路、迟滞的可编程欠压闭锁保护功能。
　　（7）开路LED状态引脚。
　　（8）PWM断接开关驱动器。
　　（9）CTRL引脚提供了模拟调光功能。
　　（10）低停机电流：<1uA。
　　（11）可编程软启动。
5：LT3599驱动LED应用电路

6：LT3599开关频率可以利用一个外部电阻器来设置，可调范围为200kHz～2．1MHz。LED调光功能可利用CTRL引脚上的模拟调光电路以及PWM引脚上的脉宽调制调光电路来实现。即使在输入电压高于LED输出电压的情况下，LT3599也能够准确地调节LED电流。它采用耐热性能增强型32引脚（5mm×5mm）QFN和28引脚TSSOP封装，为LED背光照明应用提供一个占板面积高度紧凑的解决方案。
7：高效能、低成本、非隔离型350mA／12V LED驱动电路
　该电路具有精确的初级侧恒压/恒流控制器（CV／CC），省去了光电耦合器和所有次级侧CV／CC控制电路，无需电流检测电阻即可达到最高效率；自动重启动用于输出短路和开环保护；在整个输入电压范围内满载效率均大于80％，在265V交流输入情况下空载功耗小于200mW；满足EN55015和CISPR－22B级EMI标准和“能源之星”对固态照明（SSL）产品的要求。