有效控制白光LED电流的开关稳压器

zhoujunyi

数年前，制造商们还将自己白光LED而不是暗淡LED的最大正向额定电流设定为20 mA。今天的白光LED可以提供更高的亮度，因此必须工作在更高的偏置电流下。在接近LED最大额定值的大电流工作情况下仍要保持对LED偏置点的控制，就需要一种新的方法。

　　偏置LED最简单、最常用的方法是与LED串联一个电阻，以限制 LED的最大电流，但这种方法会直接影响功率效率（功率效率定义为LED 功率与总输入功率之比）。对一个工作在350mA的白光LED而言，其二极管上相应的正向压降约为3.2V。将串联电阻和LED连接到5V电源，工作效率为64%，即从5V电源获得3.2V。功耗会生热，造成在串联电阻的平均功耗为36 mW，正向电流为20 mA，这样大小的功耗还是可以接受的，但当正向电流为350 mA时，功耗会迅速上升到630 mW。

　　另外，采用串联电阻会使二极管偏置点以及LED亮度随电源电压和环境温度而波动。美国国家半导体(National Semicondductor)公司的LM2852是开关降压稳压器，它采用内部补偿和同步MOSFET开关，可以驱动大至2A的负载，此电路可以为一个大电流LED有效提供恒定电流驱动，同时将电源电压和温度变化对LED亮度的影响降低到最低程度（图1）。


　　在本电路中，LM2852的工作效率约为93%，它直接控制一个步进降压稳压器拓扑，保持流经LED1电流的恒定，该电流可以用电位器R1调整。电路的控制回路完成电流/电压的转换，有效地调节电路的输出电流。在工作中，LM2852将其内部基准电压与由D1、R1和R2构成的分压器电压作比较，并驱动控制回路，在其电压检测管脚保持一个恒定的1.2V。通过分压器的电流与通过LED1的电流成正比，电流比率会跟踪电路的工作温度范围，因为D1和LED1有相近的正向电压温度系列2 mV/℃。将D1和LED1相互挨着安装到印制电路板上，可以为温度补偿提供足够近的热耦合。

　　当R1的滑动片完全顺时针滑动时，通过D1的电流约为1 mA，通过 LED1 的电流平均值约为500 mA。逆时针调整R1，可将LED1的正向电流从500 mA减小至0A。

　　当对不同电流回路增益标定R1和R2值时，降低增益会影响电路的转换效率，而增加增益则使回路对元件公差更加敏感。如要作远程亮度控制，可以用数字编程电位器替代机械式电位器R1。LED1（LXHL-BW02）的制造商是Luxeon(www.luxeon.com)，规定的极限连续电流为350 mA，峰值脉冲电流为500 mA。图2显示的是电路的效率随输入电压的变化情况。注意，电路的效率随输入电压的降低而增加，这有助于延长电池供电系统的工作时间。


　　当温度出现波动时，通过LED1的电流变化率在整个温度范围内低于3%，比串联电阻限流电路提高了三倍（图3）。虽然图1电路比单个电阻要复杂，但它也只需少量元器件。对L1而言，本样机使用的是Coilcraft (www.coilcraft.com)的MSS5131-103表面安装电感，额定电感量为10mH。


　　美国国家半导体公司LM2852 数据表对电容CIN、CSS与COUT 的选择作了概述。为了更高效地散热，电路的印制电路板上应有大量的铜箔焊盘和IC1与LED1的走线。当正向电流为 350 mA时，LED1耗电1.1W，因此请参考制造商的数据表，遵照其热设计方面的建议。http://www.21ic.com/news/html/67/show13724.htm