基于DC/DC穩壓器的大功率LED恒流驅動設計

效率明顯提高。

將式（3）變換得出：

由式（4）可以看出，合理設置電阻Rf、R1和Rs的值，即可獲得所需的輸出電流值，并能獲得理想的效率。

3設計實例

目前，在市面上可以找到很多價格低廉、性能優良的可調輸出的DC/DC單片集成開關穩壓器或者控制器，如LM2577-ADJ、LM2596-ADJ、LT1086-ADJ、TL494、MC34063等，LM2596-ADJ是LM2596中可調輸出電壓的電源管理單片集成電路，內部集成固定頻率發生電路以及頻率補償電路，最大輸出電流可達3A，具有功耗小（待機電流僅80μA）、效率高、過熱保護和限流保護功能、很好的線性和負載調節、外圍電路簡單等特性。圖4所示是基于LM2596-ADJ的LED開關恒流穩壓電源。

圖4基于LM2596-ADJ的LED開關恒流穩壓電源

該電路中，含有電壓控制環路和電流控制環路兩個環路。電壓控制環路由運算放大器U2A、R1、R5組成，用于控制電源的最大輸出電壓，其輸出電壓Vout由式（5）表示。

式（5）中，Vref=1。23V，VD=0。4V。由式（5）可以看出，改變R1和R5的參數就能改變最大輸出電壓的值。在LED驅動電路的實際應用中，Vout應高于實際的負載電壓，并且負載電壓VLoad應滿足式（6），電源才能自動工作于恒流模式。

電流控制環由運算放大器U2B、R7、R3、C2、R6、R2、C5組成。電源的輸出電流Iout由式（7）表示。

由式（7）看出，改變R2、R6或者R7的值，即可改變輸出電流的值。當輸出電流較大時，R7可以采用阻值更小的電阻，以降低功耗。

Q1、R4、C6、ZD1構成運算放大器的供電穩壓電路，保證給運算放大器的供電電壓不超過其最大允許工作電壓。

D6、D7組成電壓反饋環路和電流反饋回路自動切換控制電路。當電源工作在恒壓模式時，由于負載電流小，U2B的輸出電壓V2小于U2A的輸出電壓V1，此時D6導通，D7截止，U2B的輸出不影響U2A的輸出；當負載電流增大到設定值時，U2B的輸出電壓V2大于U2A的輸出電壓V1，此時電源自動切換到恒流模式，D7導通，D6截止，U2A的輸出不影響U2B的輸出。2個控制環路中，同時只有一個控制環路起主導控制作用。當電壓控制環路起主導作用時，輸出電壓不隨負載電流的變化而變換，保持恒定值，相當于恒壓源；當電源輸出電流增大，達到設定值時，電源自動轉入恒流模式，電流控制環路起主導作用，輸出電壓隨負載的變化而變換，輸出電流值保持恒定，相當于恒流源。

表1和表2是基于LM2596-ADJ的LED開關恒流穩壓電源的相關實測數據，表1中的理想效率是按照式（8），且在開關頻率為150kHz、開關時間Ts為0。3μs的條件下計算而得：

表1效率測試數據

表2恒流精度測試數據

式（8）為最理想的開關損耗情況下，Buck調整器的效率計算公式，式中，Vdc為電源的輸入電壓。

從表1的測試數據來看，實測效率與理想效率接近，且超過了87%，接近88%。這主要是因為實現恒壓源到恒流源轉變所增加的小阻值采樣電阻以及低功耗的運算放大器等附加電路，并沒有明顯增加電源的總損耗。

從表2的數據來看，電源的恒流誤差小于1%，具有相當高的恒流精度。這是因為負載上電流的很小變化，經過運算放大器放大后，都能被控制電路感知，從而使輸出電流保持在一個穩定的值。

根據式（7），輸出電流

但由于電路中的二極管D7處于微導通狀態，導致電源的實際輸出電流值與計算值存在一定偏差，但誤差很小，可以通過修改反饋電阻的值，獲得理想的電流值。

4結束語

基于LM2596-ADJ的LED開關恒流穩壓電源已經投入實際使用，且長期工作穩定可靠，該電路的成功設計，說明了利用市面常用DC/DC穩壓器設計成高效的LED恒流驅動的方法的可行性，且取材廣泛，成本低。從實驗數據可以看出，電路具有恒流精度高、效率高。該電源電路不僅可用于大功率LED驅動，還可用于電池充電等。