基于峰值电流控制的BuckBoost型LED驱动器设计

ＰＷＭ电路进行了反馈控制．仿真结果表明。该型ＬＥＤ驱动器有较好的稳定性，对负载扰动和输入电压扰动的
抑制能力较强．
关键词：Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ；峰值电流；驱动器：ＬＥＤ
中图分类号：ＴＭ ９２３
文献标志码：Ａ
ＬＥＤ是一种节能、环保、小尺寸、快速、多色 彩、长寿命的新型光源．理论上，ＬＥＤ的使用寿命 在１０万小时以上，但是在实际应用过程中，因为 ＬＥＤ正向伏安特性非常陡（正向动态电阻非常 小），所以要给ＬＥＤ供电就比较困难，不能像普通 白炽灯一样，直接用电压源供电，否则电压波动稍 增，电流就会增大到将ＬＥＤ烧毁的程度…．为了 稳住ＬＥＤ的工作电流，保证ＬＥＤ能正常可靠地工 作，各种各样的ＬＥＤ驱动电路就应运而生了．
０ Ｏ
图６ ＬＥＤ电流波形
Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅ ｗａｖｅｆｏｌｌｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ＬＥＤ
当微分环节为零时，由于在一个开关周期内， 当系统处于稳态时，检测电阻的电流的稳态误差 为零．可得
瓢（％一ＫＪ川， 等·［ｒ嚣（％一ｋ№＋丘（％一
ｋ№】姐 简化得 ｉＫｐ·ｅ嚣Ｋ～出＝瓦％．
２００９（１４）：２９—３２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）
收稿日期：２０１０—０４—１０；修回日期：２０１０—０５—２１ 作者简介：邓文婷（１９８３一），女，助理实验师，工学硕士．Ｅ—ｍａｉｌ：ｄｗｔ４２５０＠ｇ．ｈａ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据
广州大学学报（自然科学版）
第９卷
图２ Ｂｏｏｓｔ变换器
Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ Ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｙｏｒ
（３）Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ——升降压电路．它的输出平 均电ｖｏ＝Ｄｖ／（１一Ｄ）压大于或小于输入电压仫， 极性相反，电感传输．图３中通过控制开关管｜ｓ的 ＰＷＭ信号中的占空比，便可达到升降压的目的， 输出电压Ｖｏ＝ＤＶｓ／（１一Ｄ）．Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ电路可实 现很宽的升／降压比例，适合输入电压波动范围大 的场合．
Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ： ［１］ＦＥＮＧ Ｙｏｎｇ，ＹＡＮＧ Ｘｕ．Ｄｅｓｉｇｎ ｆｏｒ ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ ＬＥＤ ｃｏｎｓｔａｎｔ—ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ，
２００８（４）：２９－３１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［２］ＨＯＵ Ｚｈｅｎ－ｙｉ．Ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＣ—ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
在二极管导通的Ｔｏ搠Ｊｈ］，圪－＝％一Ｋ＝Ｖｏ．
开关管Ｓ导通结束时其电流最大值，ｓ一也是 二极管Ｄ１在其导通开始时的电流最大值，Ｄ。一， 且，ｓⅢ＝１０１Ⅲ＝ＩＬｉｎｕ。＋Ｊ位ｍ．
电源输入功率比厶＝Ｖｏｌｏ，电源电流，ｓ＝ ％，ｏ／Ｋ＝ｌｏＤ／（１一Ｄ），易得
Ｉｎ～＋ｌ‰＝Ｉｓ＋｛－△Ｉｕ＋ｌｏ＋｛ＦＡ｜口＝
由公式可以看出，电流控制的时间处在开关 导通的区间，可以通过控制开关管导通时的电流 来完Ｊｊ！ｉ：一个周朔的由．流粹制．
４ 仿真结果
用ＰＳＩＭ６．０仿真得到输出电流及开关管的占 空比波形如图６、图７所示．可以看出，基于ＰＩＤ 控制的峰值电流控制ＰＷＭ的Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ型驱动 器的稳态精度、稳定性较好，抗负载扰动和抗输入 电压扰动的抑制能力较强，电路输出电流的启动 较为平缓，稳定后输出电流的误差得到减小．
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图５基于ＰＩＤ的峰值电流控制ＰＷＭ反馈电路图
Ｆｉｇ．５ Ｔｈｅ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｔｈａｔ ＰＷＭ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｃｕｒｒｅｎｔ ｂａｓｅｄ ０１１ ＰＩＤ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
ＰＩＤ控制补偿器的传递函数为
邓文婷１，曲 颖２
（１．广州大学实验中心、网络与现代教育技术中心，广东广州５１０００６； ２．楚雄高级技工学校，云南楚雄６７５０００）
摘要：ＬＥＤ以其发光效率高和寿命长两大优势在现代照明领域中得到很快的发展，各种类型的驱动电路也
应运而生，文章设计的ＬＥＤ驱动的主电路是Ｂｕｃｋ．Ｂｏｏｓｔ型的ＤＣ／ＤＣ变换电路，应用ＰＩＤ算法的峰值电流控制
优点而被广泛应用Ｈ“Ｊ． 峰值电流控制ＰＷＭ电路的基本原理是：输出
检测电压ｋ。与参考电压％经误差比较器后得
到一个误差电压信号Ｋ，Ｋ经过补偿网络后得到
信号亿再与电感电流的检测电阻电压‰。比较，
由恒频时钟的脉冲置位锁存器输出脉冲．当匕。 幅度达到Ｋ。电平时，ＰＷＭ比较器的状态反转，锁 存器复位，驱动撤除导致功率管Ｉｓ关断，续流二极 管Ｄ１导通，电感电流开始下降‘电路逐个地检测 和调节电流脉冲，由此控制电源输出的电流．
第９卷第４期 ２０１０年８月
广州大学学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｕａｎ昏ｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ）
文章编号：１６７１－４２２９（２０１０）０４－００２３－０５
Ｖ０１．９ Ａｕｇ．
Ｎｏ．４ ２０１０
基于峰值电流控制的Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ型 ＬＥＤ驱动器设计
压‰．、％（即负载电压％）是恒定不变的．
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５ ７ＤＩ乞一巴：Ｒ
Ｆｉｇ．４
图４ Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ变换电路主回路 Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｌｏｏｐ ｏｆ ｔｈｅ Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ
在Ｔｏ。＝Ｄｔ期Ｉ司，Ｓ导通，Ｄ１截止·这时电源
仫经￡Ｉ和开关管ｓ短接，因此耽，＝￡。百ｄｉｕ＝Ｋ，
图７占空比Ｄ波形图
Ｆｉｇ．７ Ｔｈｅ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ Ｄ
５ 结语
ＬＥＤ的体积小，驱动电压低，便于照明设计， 也便于和数字技术相结合，再加上其本身的寿命 长，光效高，和传统光源比起来有很大优势．影响 ＬＥＤ光强稳定的因素很多，光源电压或电流的波 动、电路元件的老化、外界杂光、环境温度以及光 源自身老化等等都叮能造成ＬＥＤ光源的不稳定， 而驱动的稳定性是最关键的影响因素＂。１０。．ＬＥＤ 的驱动技术目前在逐渐走向成熟，随着技术的不 断更新，我们除了关注驱动电路的稳定性外，也应 该向着节能、高效和环保的目标不断升级，这是未 来工程师们要接受的挑战．
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图１ Ｂｕｃｋ变换器
Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ Ｂｕｃｋ ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ
（２）Ｂｏｏｓｔ——升压电路．它的输出平均电压 ％大于输入电压仫，两电压极性相同．图２中线 路由开关管Ｓ、电感Ｌ、电容Ｃ组成，完成把电压玩 升压到％的功能．输出电压，Ｖｏ＝Ｖ。／（１一Ｄ）又 Ｄ＜１，故Ｂｏｏｓｔ为升压电路．
万方数据
第４期
邓文婷等：基于峰值电流控制的Ｂｕｃｋ—Ｂｏｏｓｔ型ＬＥＤ驱动器设计
２５
厶尚＋，ｏ＋｛－（ＡｔＬ。＋ＡＩＬ２）＝
，ｏ而Ｄ＋等＝，ｏ尚＋券．
式中的等历Ｄ＋瓦ＤＶＺｓ，开关管ｓ和二极管。ｌ在截
止时所承受的电压为：以＝ｖｏ，＝％。＝蚝＋Ｖｏ＝ 珞埸
（％一Ｋ）（１一Ｄ）瓦，故有尚＝堡亩垦，可得到％＝ 南Ｋ，（％一％）ＤＴｓ＝Ｖｏ（１一Ｄ）Ｔｓ，故有尚＝
丽Ｖｏ ，可得到鲁＝。，因此，可以计算出Ｂｕｃｋ－Ｂｏｏｓｔ
变换器的变压比：肘＝ＶＫｏ＝％Ｖｏ·告＝而Ｄ 上式的
物理意义为：稳定运行时，一个开关周期瓦中，电感 厶、厶的电流增量为零，电感两端的直流平均值为零， 正、负伏秒积抵消．由此，可以直接由图４得到％＝ Ｋ＋％，开关管导通的Ｔｏ。期间，％＝％。一Ｖｏ＝％，
Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，２００７：５８－６２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［３］ＡＢＲＡＨＡＭ Ｉ．Ｐ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ［Ｍ］．Ｂｅｉｊｉｎｇ：Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｈｏｕｓｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ，２００５：１２－
１６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ） ［４］ＷＡＮＧ Ｙａｎ—ｐｉｎｇ，ＷＥＮ Ｌｕ。ＤＡＩ Ｙｕ．ｘｉｎｇ．Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ＬＥＤ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｂａｓｅｄ ０１１ ＰＦＣ ｃｉｒｃｕｉｔ［Ｊ］．Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ａｐｐａｒａｔｕｓ，
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１＋ｓＲ３Ｃ２
１＋ｓＲ２Ｃ１
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万方数据
广州大学学报（自然科学版）
第９卷
式中，Ｇ删＝瓣Ｒ３ ｉ，∞。＝志，∞。＝矗，
嘶２丽‘ Ｒｌ＋Ｒ２
根据ＰＩＤ控制原理，可得
Ｔ。掣】． ％＝缉·【（％一Ｋ。。）＋丢ｅ（％一Ｋ。。）出＋
４０ ３５ ３０ ２５ ２０ １５ ｌＯ ０５
Ｄ１续流并对ｃ。充电而减小，屹。＝￡。百ｄｉＬｌ＝Ｋ—
Ｋ。，电流ｉ。。的减少量，△ｉ小：垦字羔（１一Ｄ）瓦，与
此同时，ｉ位也经Ｄ１续流而向负载供电，ｉｖ．也减少，
由于％＝如警＝一Ｖｏ，电流如的减少量△幺一＝
÷旦（１一Ｄ）瓦．稳定运行时，在一个周期孔中，ｉｎ
的增量Ａｉ”应等于其减少量Ｚｉｉ小，ｉ髓的增量 Ａｉｋ＋应等于其减少量△七一．因此可以得到：瞻Ｄ瓦＝
峰值电流控制ＰＷＭ方式是双闭环控制模式， 即电压外环控制与电流内环控制．系统为二阶系
统．输出滤波参数￡Ｃ大，频率参数ｆｏ＝ｌ／２ｑｒ√比
较低，所以，在中频段系统是以一４０ ｄＢ·ｄｅｃ‘１的 斜率穿越零分贝线的，如果采用ＰＩ调节器，可以 减小稳态误差，要想加快其响应速度，则需增大比 例系数Ⅺ，这将导致系统不稳定．为使系统满足 稳态性能、动态性能和稳定性要求，应对系统进行 校正，根据幅频特性，采用ＰＩＤ调节器可以满足要 求．图５是ＰＩＤ控制的峰值电流型控制电路模 型图．
１一ｎ—ｎ’
３ 基于ＰＩＤ控制的峰值电流控制 ＰＷＭ反馈电路