用大功率白光LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)便攜式照明設(shè)備

很多人認(rèn)為白光LED是照明的未來(lái)趨勢(shì)。串聯(lián)在一起的多個(gè)LED可以替代白熾燈或緊湊型熒光燈。高功率白光LED達(dá)到最大亮度(約40流明)需要3.6 V左右的直流電壓和350mA左右的電流。

在便攜式應(yīng)用中，白光LED常是由具有12V標(biāo)準(zhǔn)輸出的密封鉛酸(SLA)電池供電。圖中所示電路利用這種輸入電壓為12V的電池給一串白光LED組供電。它的特點(diǎn)是成本低，效率高，亮度不受電池電壓的影響，有調(diào)光功能，以及保護(hù)電池。

該驅(qū)動(dòng)電路在升壓配置中采用了SG1524脈寬調(diào)制(PWM)開關(guān)調(diào)節(jié)器(U1)。這種配置使U1產(chǎn)生約40 V的最大輸出電壓，可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)11個(gè)1W的白光LED的串聯(lián)組。由于功耗高， LED必須配備相應(yīng)的散熱器。

對(duì)于給定的工作頻率，驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)包括電感器，輸入電容器，輸出電容器，開關(guān)晶體管，輸出二極管的選擇。工作頻率是：

在這個(gè)例子中選擇的頻率為100kHz。頻率越大，電感越小，但開關(guān)損耗就越大。

電池在完全充電時(shí)電壓為13.2V，完全放電時(shí)約為10.8 V。通過LED的電壓應(yīng)足夠高，以便在不同的輸入電壓下LED正向偏壓。為了保證這一點(diǎn)，所需的占空比是：

VO=通過LED串聯(lián)組的輸出電壓；VD=二極管壓降；VIN=最小SLA電壓；VDS=MOSFET壓降。

對(duì)于一個(gè)8-LED串聯(lián)組，肖特基二極管的VO=28.8V，VIN=11V，VD=0.4V。忽略VDS，所需的占空比是62.3%。U1有兩個(gè)獨(dú)立的開關(guān)晶體管，每個(gè)可提供的電流約100mA，運(yùn)行時(shí)的最大占空比是45%。為了達(dá)到所需的占空比，要將這兩個(gè)晶體管并聯(lián)。由于LED所需的電流超過100mA，所以要另外加上一個(gè)MOSFET。

用電感電流的平均值可計(jì)算出L1的值：

如果電感電流dI_L的波紋是平均電流的某一百分比，那么電感電流的最大值是：

假如波紋是平均電流的40%，I_Lpk=1.12 A。因此，電感值是：

在這個(gè)例子中，公式5給出了當(dāng)VIN為11V時(shí)，電感的最小值是184.3??H。輸出電容的值取決于輸出電壓的波紋，而輸入電壓的值取決于電流的最值。

為了保證穩(wěn)定的照明，通過LED的電流必須可以監(jiān)測(cè)并保持不變。要做到這一點(diǎn)，電流可由R8，R11和U2b換算成電壓，并通過U1的誤差放大器的反相端反饋出來(lái)。這種負(fù)反饋可調(diào)節(jié)占空比來(lái)穩(wěn)定通過LED的電流。LED的亮度隨R11的不同而不同。運(yùn)算放大器U2a和R9，R13，R14和R15監(jiān)控電池電壓，只要電池電壓低于11V時(shí)就關(guān)閉LED，從而防止電池的深度放電。