分析利用降压或升压转换器优化LED照明设计

当前全球能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，led发光产品的应用正吸引着世人的目光，led作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以led为代表的新型照明光源时代。本文探讨采用zetex的zxsc310、美国国家半导体的lm3410和德州仪器的tps61160/1等升压转换器时应注意的设计问题。 从小闪光灯到舞台照明系统的这些应用中，高亮度led相比传统光源，具有更高效率、更长使用寿命和更小尺寸，还可以实现一些特殊的效果，如调光、排序和闪烁。精确的电流控制是高效led照明方案所必须的，种类繁多的led驱动器能帮助工程师优化这些led照明设计。 随着功率的增加，led的散热问题显得越来越突出，大量实际应用表明，led不能加大输入功率的基本原因，是由于led在工作过程中会放出大量的热，使管芯结温迅速上升，热阻变大。输入功率越高，发热效应越大。温度的升高将导致器件性能变化与衰减，非辐射复合增加，器件的漏电流增加，半导体材料缺陷增长，金属电极电迁移，封装用环氧树脂黄化等等，严重影响led的光电参数。甚至使功率led失效。因此，

工作在降压模式的升压变换器驱动白光LED方案

如图所示电路提供了一种驱动大功率白光led的解决方案，即利用工作在“降压”模式的标准升压变换器驱动白光led．这种解决方案的效率高达96％，与效率只有85％的标准方案相比，它具有很多实际优点。 图 zxsc310的典型应用电路 当mosfet（vt1）导通时，电流从输入流过白光led、并联滤波电容器（c2）、电感（l1）、vt1及检测电阻（r1），其电流值由检测电阻值和zxsc310的检测电压阈值（通常为19mv）所决定。 一旦电流达到所设定的相应峰值电流，mosfet就关断并保持1.7ms。在这个时间内，储存在电感内的电能通过肖特基二极管转移到白光led，从而保持白光led的亮度。 该电路对输入电压和串联白光led的数量没有限制，为适用更高的输入电压，必须适当地调整c1，r2，vt1，c2，和vt1的值以适应输入电压的变化。对于更大数目的白光led、最小输入电压必须大于串联白光led的正向电压降。 通过采用降压模式的升压变换器方案，可以用一个低端n沟道mosfet替代典型降压型变换器中常见的高端p沟道mosfet。n沟道mosfet器件的固有导通损耗比尺寸相同的p沟道mosf

采用ZXSC300系列DC-DC控制器的LED驱动电路设计

定电压，电路基本工作原理如下： 当q1导通时，电流流过led、电容c2和电感。当r1两端的压降达到isense引脚的阈值电压时，q1关断并保持一个固定时间，电感中的能量流过d1和led。经过这个固定时间后，q1重新导通，如此循环往复。 图1：使用降压模式dc-dc转换器的led驱动。 电路工作原理分析 下面对电路的工作原理进行更详细地分析，以得到电路参数及与系统设计相关的计算。下面从开关q1在一个固定时间ton内导通开始分析。zxsc310将q1导通直至它在isense引脚上检测到19mv电压(标称值)，于是达到此阈值电压时q1上的电流为19mv/r1，称为ipeak。 当q1导通，电流从电源流出，流过c1和串联led。假设led正向压降为vf，则剩下的电源电压将全部落在l1上，称为vl1，并使l1上的电流以di/dt=vl1/l1的斜率上升。其中di/dt单位为安培/秒、vl1的单位为伏、l1的单位为亨。 q1 与 r1上的压降忽略不计，因为q1的导通电阻rds(on)很小，且r1上的压降总是小于19mv

LED照明的直流驱动电路设计新方法

可提供更高的系统电压，例如，要得到24v的电压仅需将r2值改为2.2kω，同时电容c1也须有更高的额定电压，电路基本工作原理如下： 当q1导通时，电流流过led、电容c2和电感。当r1两端的压降达到isense引脚的阈值电压时，q1关断并保持一个固定时间，电感中的能量流过d1和led。经过这个固定时间后，q1重新导通，如此循环往复。 电路工作原理分析 下面对电路的工作原理进行更详细地分析，以得到电路参数及与系统设计相关的计算。下面从开关q1在一个固定时间ton内导通开始分析。zxsc310将q1导通直至它在isense引脚上检测到19mv电压(标称值)，于是达到此阈值电压时q1上的电流为19mv/r1，称为ipeak。 当q1导通，电流从电源流出，流过c1和串联led。假设led正向压降为vf，则剩下的电源电压将全部落在l1上，称为vl1，并使l1上的电流以di/dt=vl1/l1的斜率上升。其中di/dt单位为安培/秒、vl1的单位为伏、l1的单位为亨。 q1 与 r1上的压降忽略不计，因为q1的导通电阻rds(on)很小，且r1上的压降总是小于19mv

ZXSC310驱动白光LED电路图

汽车前照明灯采用白光LED光源时，通常要求驱动器提供25W以上的功率。因为白光LED元件的一个优点是效率高，所以驱动电子元件也应该提高效率，以充分发挥白光LED技术的优势。采用开关电源驱动白光LED阵列的基本电路如图1所示。

ZXSC310的典型应用电路图

　　如图所示电路提供了一种驱动大功率白光LED的解决方案，即利用工作在“降压”模式的标准升压变换器驱动白光LED。这种解决方案的效率 高达96％，与效率只有85％的标准方案相比，它具有很多实际优点。

　　当MOSFET（VT1）导通时，电...

如何利用降压或升压转换器优化LED照明设计

精确的电流控制是高效led照明方案所必须的，种类繁多的led驱动器能帮助工程师优化这些led照明设计。那么在设计基于这些降压或者升压转换器的大功率led驱动电路时，应注意哪些问题呢？本文探讨采用zetex的zxsc310、美国国家半导体的lm3410和德州仪器的tps61160/1等升压转换器时应注意的设计问题。 从小闪光灯到舞台照明系统的这些应用中，高亮度led相比传统光源，具有更高效率、更长使用寿命和更小尺寸，还可以实现一些特殊的效果，如调光、排序和闪烁。精确的电流控制是高效led照明方案所必须的，种类繁多的led驱动器能帮助工程师优化这些led照明设计。 照明用大功率led能产生足够的光通量，当这些器件组成大小合适的阵列后，可用于闪光灯、房间照明、室外照明以及电子指示牌等应用中。一系列驱动器件能维持大功率白色led中的驱动电流远远超过1a。 驱动电流决定了led的光输出，因此阵列中所有led必须以恒流驱动，以确保终端产品发光均匀、合适。为确保电流均匀，常将led串联起来。led正向压降也必须同时考虑。led串中每个led都有各自的正向压降vf。vf通常在3.4v左

ZXSC310驱动白光LED电路图

，通过电感的电流波形如图3所示，所以调节负载电流并向负载提供所需的驱动功率是电路设计的主要目标，设计中的输出电压不是重点考虑的参数，因输出电压会随着白光led阵列而改变，因而不需要像传统稳压电路一样考虑这个电路的稳压特性。当电感进行充电并且向白光led阵列提供能量时，输出电容在此期间提供电流。 图2 简化的降压调节器电路图 图3 电流连续模式下流过电感中的电流波形 （2）选择控制器 采用降压模式dc／dc变换器驱动led的电路如图4所示，在该电路中，dc／dc变换器（zxsc310）以降压模式工作。通过增加r2的值可提供更高的系统电压，如要得到24v的电压仅需将r2值改为2.2kω即可。同时电容c1也需有更高的额定电压。电路的基本工作原理如下：当vt1导通时，电流流过白光led、电容c2和电感l2。当r1两端的压降达到isnnse引脚的阈值电压时，vt1关断并保持一个固定时间，电感中的能量流过vz1和白光led。经过这个固定时间后，vt1重新导通，如此循环往返。 图4 使用降压模式dc／dc转换器驱动led的电路 （3）电路工作原理分析 在如图4所示的电

ZXSC310的典型应用电路图

如图所示电路提供了一种驱动大功率白光led的解决方案，即利用工作在“降压”模式的标准升压变换器驱动白光led。这种解决方案的效率 高达96％，与效率只有85％的标准方案相比，它具有很多实际优点。 当mosfet（vt1）导通时，电流从输入流过白光led、并联滤波电容器（c2）、电感（l1）、vt，及检测电阻（r1），其电流值由检测电阻值 和zxsc310的检测电压阈值（通常为19mv）所决定。 一旦电流达到所设定的相应峰值电流，mosfet就关断并保持1.7ms。在这个时间内，储存在电感内的电能通过肖特基二极管转移到白光led， 从而保持白光led的亮度。 该电路对输入电压和串联白光led的数量没有限制，为适用更高的输入电压，必须适当地调整c1，r2，vt1，c2和vt1的值以适应输入电压的变 化。对于更大数目的白光led，最小输入电压必须大于串联白光led的正向电压降。 通过采用降压模式的升压变换器方案，可以用一个低端n沟道mosfet替代典型降压型变换器中常见的高端p沟道mosfet。n沟道mosfet器件盹固 有导通损耗比尺寸相同的p沟道mosfet器件的导通损耗低

使用降压模式DC／DC转换器驱动LED的电路图

采用降压模式dc／dc变换器驱动led的电路如图所示,在该电路中，dc／dc变换器（zxsc310）以降压模式工作。通过增加r2的值可提供更高的系统电压，如要得到24v的电压仅需将r2，值改为2.2kω即可。同时电容c1也需有更高的额定电压。电路的基本工作原理如下：当vt1导通时，电流流过白光led、电容c1和电感l1。当r1两端的压降达到isense引脚的阈值电压时，vt1关断并保持一个固定时间，电感中的能量流过vz1和白光led。经过这个固定时间后，vt1重新导通,如此循环往返。 图 使用降压模式dc／dc转换器驱动led的电路 来源:zhengxiaoxiao