基于升降压转换器的LED照明驱动器设计
利用降压结构实现LED驱动
利用降压结构实现LED驱动
基于降压的结构可以与很多环路控制结构很好的匹配，而且不用考虑稳定性的限制，滞回控制适合在开关频率变化比较快和输入范围比较小的情况下应用。
这种特性刚好满足LED对电源的要求。
随着LED的广泛应用，在很多地方线性电源这种简单的结构已经不能满足需求。
一般情况下，当用电阻的方式设定LED所需的正向电流的时候，这种简单的驱动方式可以连续的由电源向负载提供能量。
由于LED的电流与电阻上的相同，所以电阻上产生的功耗会随输入电压的增加而增加。
例如，一个用线性电源驱动的LED，效率为70%，用5V线性电源提供1A电流给一个典型的白光InGaNLED(VF=3.5V)。
在相同的工作条件下，当输入电压上升到12V时，它的效率将会降到30%。
在如此低效率的情况下是无法应用的。
开关电源
开关电源改善了由于输入变化使得效率变化比较大的问题。
这种方式是通过控制占空比的方式来满足输出所需要的电压或电流。
由于开关电源会产生脉冲式的电压和电流，所以这就需要用一些储能器件(电感或电容)对这些脉冲波形进行整形。
和线性电源相反，开关电源可以通过不同的设置来实现电流或电压的降、升或者同时升降的功能。
开关电源同样可以在宽的输入或输出范围下实现高效率。
在前面的例子中，用一个降压型的开关电源取代线性电源后，当输入电压由5V变到12V后，电路的效率由95%变到98%。
开关电源在效率和结构的灵活性上得到了很大的提升，但由于周期性的开关造成了噪声的增加，同时由于结构的复杂使得电路的可靠性下降和成本的。
新型同步升降压LED驱动电路设计方案
新型同步升降压LED驱动电路设计方案LED 需要一种有效的驱动电路。
这类驱动器IC 必须提供准确的直流电流源，而且无论输入电源的变化范围有多宽，都要提供严格控制的LED 电压调节。
汽车电池总线中见到的极端电压范围为冷发动/启停情况下的4.7V 至负载突降情况下的60V。
但更常见的是，电池总线电压在通常情况下工作在9V～16V。
因为很多这类新型LED 前灯应用使用4 至8 个串联HB LED，且电压降为12V～25V，而电池总线电压范围可能为4.7V～60V，所以需要升降压拓扑给LED 供电，其原因是输入电压可能高于、低于或等于所需的LED 串电压。
其次，LED 驱动器必须提供一种调光方法，并提供多种保护功能，以防遭遇LED 开路或短路问题。
除了可在电气环境十分严苛的汽车电源总线可靠工作，LED 驱动器还必须具备高性价比和占用空间小的特点。
LT3791 是一款同步升降压DC/DC LED 驱动器和电压控制器，可提供超过100W 的LED 功率。
其4.7V～60V 输入电压范围使该器件非常适合多种应用，包括汽车、卡车，甚至航空电子设备的HB LED 前灯。
同样，其输出电压可以在0V～60V 范围内设置，从而使其能够在单串中驱动多个LED。
图1 所示为一个典型50W 前灯应用。
该应用使用单个电感准确地调节25V/2ALED 串，提供50W LED 功率。
这个电路提供50:1 PWM 调光比，能很好地满足防眩光自动调光要求。
输入和输出LED 电流受到监视，同时提供故障保护，以承受并报告开路或短路LED 情况。
图1：具50:1 调光比、效率达98%的50W（25V、2A）升降压LED 驱动器。
其内部4 开关升降压控制器能够在高于、低于或等于输出电压的输入电。
一种基于BUCK变换器的LED照明电源的设计
鞍山师范学院学报20－24Journal of Anshan Normal University2013-04，15（2）：一种基于BUCK变换器的LED照明电源的设计王英南，霍荣荣，陈志彬(鞍山市产品质量监督检验所，辽宁鞍山114005)摘要:介绍了BUCK拓扑结构，分析了其工作原理，给出了相应波形．根据BUCK拓扑特点，采用NI公司的LM3414HV恒流降压驱动器作为控制芯片，设计了一款用于煤矿井下作业人员照明的LED驱动电源，给出了实测的工作波形图以及光谱特性分布图．测试验证了设计的正确性．关键词:BUCK拓扑;LED照明;光谱特性中图分类号:TP17文献标识码:A文章篇号:1008-2441(2013)02-0020-05与荧光灯及白炽灯相比，LED照明具有寿命长、发光效率高、电压低、安全性高、耐震动冲击和牢固等特点，非常环保没有污染，在照明等领域取得了越来越广泛的应用［1］．LED的电压电流特性类似于二极管的正向电压电流特性．当流经LED的电流非常小时，这时的电压小于LED的开启阈值电压，当流经LED的电流非常大且成指数倍增时，这时的电压已经大于LED的开启阈值电压．可调亮度的LED需要用恒流来驱动，并且无论输入电压是多少，都要保持电流的恒定［2］．在电源管理方面，开关稳压电源具有输出电流电压稳定、电源效率高、保护措施完善等优点，属于高可靠性电源，目前LED电源多采用开关稳压电源驱动．LED驱动电源的质量决定着LED灯具性能的好坏，也是LED能否得到推广的关键因素．DC/DC变换器具有功耗低、效率高、体积小、使用方便等优点，因此应用十分广泛［3］．1BUCK拓扑结构图1是BUCK电路的经典模型．晶体管、二极管、电感、电容和负载构成了主回路，其控制回路一般采用PWM芯片控制占空比来控制功率管．图2是BUCK电路的简化模型．其工作原理是：当K闭合后，D关断，电流流经L，L是储能滤波电感，与R并联的C是储能滤波电容，如此R两端的电压在T on期间是稳定的直流电压．在K关断期间T off，储能电感L将产生反电动势，流过储能电感L的电流i L由反电动势e L的正极流出，通过负载R，再经过续流二极管D的正极，然后从续流二极管D的负极流出，最后回到反电动势e L的负极．由于C的储能稳压，T阶段的输出电压U o也是稳定的直流电压．K闭合时，L两端有电压降，意味着U o＜U i，BUCK电路一off定是降压电路［4］．由上述分析可以得知，i L可能会出现3种情况：把电流连续的模式称为CCM模式，电流断续的模式称为DCM模式，以及介于两者之间的临界情况BCM模式．下面就将按照以上3种模式对电路做具体的分析．这里U o，I o作为输出电压、电流，均认为是稳定的直流量，见图3．在K关断期间，i L线性下降，若周期结束即K导通瞬间i L不等于0，则i L呈现如图3（a）中的波形，电流连续．若K导通之前i L就已经降为0，i L就会呈现断流的情形，为图3（b）的波形［5］．从电路结构可以看出i L的平均值就是输出电流I o，Δi L为i L在本周期内的最大变化值．观察上图的波形可以发现，当收稿日期：2013－01－17作者简介：王英南（1968－），男，辽宁鞍山人，鞍山市产品质量监督检验所工程师．电流刚好处在临界状态时，0．5Δi L =I o ，分析化简之后可以等效为T =（1－D 1）/2，T =L /RTs．0．5Δi L ＜I o 时，即T ＞（1－D 1）/2，I o 处在连续的状态．0．5Δi L ＞I o 时，即T ＜（1－D 1）/2，I o 则会出现断流的情况．图1BUCK 经典电路图2BUCK电路简化模型图3BUCK 电路工作波形2方案选择及设计2．1设计要求7W 工矿灯的技术指标：（1）额定输入功率：7W ；（2）额定输入电压：交流36V ；（3）额定输出电流：700mA ；（4）电源转换效率：90%；（5）光源：LED 光源；（6）色温：暖白光；（7）用于煤矿井下作业人员照明．2．2方案选择与设计本设计的LED 负载为3*2W LED 灯珠，故输出电流700mA ，输出电压大概在10V 左右．设计采用美国国家半导体公司的芯片LM3414HV 芯片，LM3414HV 是常见的恒流降压LED 驱动器，其能支持LED 最高60W （18颗3W 高亮LED ），无需外部的电流检测电阻，ʃ3%的LED 电流精度，效率最高达96%，高对比度（最小调光电流脉冲宽度小于10μs ），集成的低边N 沟道MOSFET ，可调恒定的LED 电流从350 1000mA ，支持模拟调光与热折返，宽广的输入电压范围：4．5 65V ，恒定开关频率可调从250 1000kHz ，热关断保护．本文设计的是工矿灯，输入为交流36V ，因为LM3414HV 是DC-DC 芯片，所以在交流信号达到芯片之前，要经过保险丝、整流桥以及经过两个电容组成的滤波电路．本设计选用两个电容进行滤波，即C 2和C 3．C 3为体积比较大的470μF /63V 耐温105ħ的电解电容，用于滤除低频分量．C 2为2．2μF /100V 陶瓷电容，用于滤除高频分量，使得直流电压更加平滑，在电容两端并联二极管TVS ，作为防雷击保护，12第2期王英南，等：一种基于BUCK 变换器的LED 照明电源的设计见图4．图4工矿灯原理图2．2．1开关频率的设计LM3414HV 是特定时钟发生器产生的具有恒定开关频率的PWM LED 驱动器的设备．开关频率的范围是在250kHz 至1MHz 用来测定一个外部电阻器．开关频率由下面的等式计算得出：f SW =20ˑ106R FS kHz （1）图4中，R 2为反馈引脚的电阻，本设计选用的R 2为43k Ω的精密电阻，经计算得到此电路的工作频率为465kHz．2．2．2LED 电流的设计LM3414HV 对于LED 的电流调节没有外部的电流感应电阻．平均输出电流可通过改变电阻，即链接IADJ 与GND 两个引脚，IADJ 的内部偏置电压为1．255V ，LED 的电流可由下面的等式得出：I LED =3125ˑ103R IADJ mA （2）图4中，R 1用于选择恒流输出的LED 负载电流．本设计选用的R 1为4．46k Ω，经计算得到输出LED 负载电流为700mA．2．2．3最小开关时间设计由于LM3414HV 具有400ns 的最小导通时间，这对于确保设置LED 驱动电流时，内部开关的导通时间少于400ns 非常重要．如果开关时间少于400ns ，那么准确性的LED 电流可以保持和超过额定电流的LED 的比率，LED 的正向电压的输入电压的限制由下面的公式得到：V LED V IN400ns ˑf SW （3）2．2．4峰值开关电流限制LM3414HV 具有集成开关电流限制功能，以防止LED 灯串烧坏．当开关电流超过被RIADJ 设置的电流的3倍时，开关电流限制将被触发．一旦限流器被触发，内部的开关电源将关断3．6μs 以允许电感周期性地放电，直到开关不过电流．电流限制功能对于避免LED 灯串短路造成LM3414HV 的永久性损坏是非常重要的．2．2．5电感设计为了确保正确的输出电流调节，LM3414/14HV 必须工作在连续导通模式（CCM ）．随着掺入的PLM ，电感电流纹波的峰-峰值可以设置为高达ʃ60%的被限定的输出电流平均值．最小电感值由平均LED 电流和允许的电感电流纹波所决定．最小的电感值由下面的等式计算得出：因为ΔI L =V IN －V LED L ˑD ˑT （4）所以L MIN =V IN －V LED 1．2ˑI LED ˑV LED V IN ˑ1f SW （5）22鞍山师范学院学报第15卷LM3414HV 可以保持LED 电流调节与输出滤波电容．这是因为有浮动降压结构的电感器在LED 整个开关周期内提供连续的电流．当LED 在没有滤波电容被驱动时，LED 的峰值电流不能设置超过LED 的额定电流值．LED 的峰值电流由下面的等式得出：ΔI L =V IN －V ()LED V LED 2L ˑV IN ˑf SW +I LED ()AVG （6）图4中电感L 1选择68μH 的贴片保险丝．VCC 引脚通过电容C 1旁路到地，C 1选用1μF /16V 的陶瓷电容，D 1选择100V /2A 的肖特基二极管．3测试结果及实物图片3．1示波器测试如图5为电路板调试测得波形．（a ）为整流滤波后的波形，经过整流桥和两个电容的滤波，波形已相对平滑很多．（b ）为LM3414HV 开关波形，由图5可看出，此图为高低电平的方波．占空比大概为7ʒ3，开关频率为463．346kHz ，最高电压值为36．8V ，电压算数平均值为25V．（c ）为LM3414HV 反馈波形，由图可看出，波形基本趋于一条直线．峰峰值电压V pp 为240mV．（d ）为LED 灯输入波形．由图可看出，其不是一条平滑的直线，说明交流输入还是对其有一定影响．图5电路板调试测得波形3．2光谱特性测试图6为光谱特性分布图．由图可见，此LED 的平均显色指数为86，色温为3079K ，光通量为618．3lm．该工矿灯为暖光，比较适合矿下使用．图6光谱特性分布图32第2期王英南，等：一种基于BUCK 变换器的LED 照明电源的设计3．3实物图片本设计对其进行了PCB 设计，焊接调试．图7为工矿灯电源实物图片．图7工矿灯实物图片4结论本文分析了BUCK 电路的工作原理，在此基础上设计了一款用于矿井下使用的交流36V 驱动的LED 照明灯，对实物进行了波形测试和光谱特性测试，测试结果表明设计符合使用要求．参考文献:［1］李帆，吴晓波．一种升压型白光LED 驱动控制芯片的设计［J ］．机电工程，2008，25(11):5－11．［2］李建华．单级单开关反激式功率因数校正变换器的研究［D ］．秦皇岛:燕山大学，2009．［3］HSIEH C-Y ，CHEN K-H．Boost DC-DC converter with fast reference tracking (FRT )and charge-recycling (CR )techniquesfor high-efficiency and low-cost LED driver ［J ］．IEEE J Sol Sta Circ ，2009，44(9):2568－2580．［4］Brian T Irving ，Yuri Panov．Small-Signal Model of Variable-Frequency Flyback Converter ［J ］．Applied Power ElectronicsConference and Exposition ，2003(2):977－982．［5］Brian T Irving ，Milan M．Jovanovi．Analysis and Design of Self-Oscillating Flyback Converter ［J ］．Applied Power ElectronicsConference and Exposition ，2002(2):897－903．A Design of LED Lighting Power Supply Based on the BUCK ConverterWANG Ying-nan ，HUO Rong-rong ，CHEN Zhi-bin(Anshan Products Quality Supervision and Inspection Institute ，Anshan Liaoning 114005，China )Abstract :This paper describes a BUCK topology ，analyzes its working principle ，and gives its corresponding waveforms．Using the chip of LM3414HV as a constant current buck drive controller ，a LED lighting drive pow-er for coal mine workers is designed．A test is carried out to give the operation waveforms as well as spectral characteristic maps．The validity of the design is thus tested by the final results．Key words :BUCK the topology ;LED lighting ;Spectral characteristics(责任编辑:陈欣)42鞍山师范学院学报第15卷。
工作在降压模式的升压变换器驱动白光LED方案
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MOSFET器件的导通损耗低3倍。
当然，在典型的降压变换器电路中也可以使用N沟道MOSFET，但需要额外自举电路对它进行驱动。
低端开关的峰值检测电流也可以地为参考。
与高端电流检测相比，它可提高精度并减小噪声。
通过在间断工作模式下采用升压方法，控制回路可工作在电流模式下，并为变换器提供周期性控制，这使得该变换器从根本上保持了稳定。
与电压模式的降压变换器相比，设计可以得到简化。
上述方案的另外一个特点是：因为当电感处于充电状态时电流流过白光LED，所以白光LED电流的峰值均将减小，这样在相同白光LED亮度下可将峰值电流设置得更小，从而进一步改善效率、可靠性及输人噪声性能。
降压／升压式LED恒流驱动概要
降压／升压式LED恒流驱动信息科技学院电子信息工程林利强摘要：某些电子设备和家用电器并不需要使用输入与输出完全隔离的开关电源。
例如，直流电机的驱动电源，空调、无霜冰箱和微波炉中的稳压电源等，照明用LED的驱动电源本身就属于隔离系统，因此可使用非隔离式开关电源供电，但要求这种开关电源的电路简单、成本低、电源转换效率高和可靠性高，使用与维护方便。
Link-Switch-TN系列产晶提供了7种非隔离的电路连接方式，考虑到对负载器件的安全性及LED需要恒流的供电模式的特性，本设计选择了第6种接线方式，即正端降压/升压式（Buck－Boost）恒流驱动电路，使用LNK 306p对LED提供恒流驱动。
关键词：降压/升压；LED；恒流驱动目录1元器件介绍1.1 Link-Switch-TN系列-------------------------------------------11.1.1 Link-Switch-TN系列概述-------------------------------------21.1.2 Link-Switch-TN系列产品特色---------------------------------21.2 LNK306-----------------------------------------------------31.2.1 LNK306的概述---------------------------------------------31.2.2 LNK306的应用---------------------------------------------31.2.3 LNK306的参数---------------------------------------------31.3 LED--------------------------------------------------------41.3.1 LED概述--------------------------------------------------41.3.2 LED的参数------------------------------------------------42设计的基本内容----------------------------------------------------42.1详细设计步骤------------------------------------------------42.2恒定输出电流的电路------------------------------------------72.3散热环境----------------------------------------------------83设计计算----------------------------------------------------------8 3.1降压型及降压-升压型拓扑中电感量的计算---------------------------83.2平均开关频率-----------------------------------------------113.3RMS电流的计算----------------------------------------------11参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------------------131 元器件介绍1.1 Link-Switch-TN系列1.1.1 Link-Switch-TN系列概述：Link-Switch-TN系列其特点如下:(l)Link-Switch-TN江洲系列产品能以最少数量的外围元件构成非隔离式、节能型开关电源。
升压式高亮度LED背光驱动电路技术设计(1)LCD面板本身
升压式高亮度LED背光驱动电路技术设计(1)摘要：由于LCD 面板本身无法产生光源，所以，必须利用背光的方式将光投射到面板上，让面板产生亮度，并且亮度必须分布均匀，而获得画面的显示。
以目前来看，大多数的LCD 背光是利用CCFL及LED来作为背光源，尤其在中、大尺寸的部分，大多是使用CCFL 背光源。
随着消费者对于色彩的要求，根据实验，LED 可以达到超过100％的NTSC色谱，由于LED 可以提高面板色彩的表现能力，并且加上没有太大的环保问题。
目前许多业者都已逐渐将部分的产品导入利用LED 作为背光源。
本文将以启星电子的以TB9911为例，来提供读者升压式高亮度LED 背光驱动电路设计的相关讯息。
■升压电路设计特色升压电路是用来驱动LED 的串联电压高于输入电压（图1），并且有以下的特色：1.此电路可被设计在效率高于90％下操作。
2.M=SFET的（Source）与LED 串共地，这简化了LED 电流的侦测（不像降压电路必须选择上侧FET驱动电路或上测电流侦测。
但是升压电路也有些缺点，特别是用于LED 驱动，由于LED 串的低动态阻抗）。
3.输入电流是连续的，使得输入电流的滤波变得简单许多（并更容易符合传导式EMI 标准的要求）。
4.关闭用的FET毁损不会导致LED 也被烧毁。
5.升压电路的输出电流为脉冲式波形，因此，必须加大输出电容以降低LED 串的涟波电流。
6.但是过大的输出电容，使得PWM调光控制变得更具挑战，当控制升压电路开与关，以达到PWM调光控制，就表示输出电流会被每一个PWM调光控制周期充放电，这使得LED 串电流的上升与下降时间会拉大。
7.峰电流控制方式的升压电路，用以控制LED 电流是无法达成的，需要闭回路方式使电路稳定，这又使得PWM调光控制更为复杂，控制电路必须增加频宽来达到所需要的反应时间。
8.当输出端短路，控制电路无法避免输出电流的增加，即使关掉Q1FET仍对输出短路毫无影响，并且输入端电压的瞬变造成输入端电压的增加量大于LED串联电压时过大的涌浪电流可能会造成LED 的毁损。
降压-增压恒流LED驱动方案设计-技术方案
降压-增压恒流LED驱动方案设计-技术方案为了优化性能，高亮LED需用电流源而非电压源来驱动。
本文我们将了解一种恒流LED驱动方案，它可以用于驱动一条串联的LED串。
为了驱动LED串，我们采用改进后的降压-增压转换器电源拓扑，将LED串置于DC-DC转换器输出端和输入电压源之间。
运用这种连接方式，可以为LED串提供低于或高于输入的驱动电压。
虽然LED串两端的电压存在降压-增压转换器提供的直流增益，但其输入电流是非脉动方式，这不同于典型的降压-增压转换器的脉动输入电流，非脉动电流有效降低了EMI。
本文所讨论的PWM控制器采用平均电流控制模式。
图1所示LED驱动器有如下直流特性：(1)由于，此处D为占空比(2)在平均电流控制模式下，输入电流由输入电压返回环路的检流电阻检测(图2)。
该电压送入电流误差放大器(CEA)的反相输入端。
放大器的同相输入端连至电流控制电压。
误差信号经过放大器放大后，驱动PWM比较器的输入端，与开关频率的斜坡信号进行比较。
电流环路的增益带宽特性可通过CEA附近的补偿网络进行优化。
电流环路补偿设计业内已经有多种集成驱动方案，为了帮助用户选择方案，我们对MAX16818集成控制系统进行了检验。
这个平均电流模式控制器利用跨导放大器(transconductance amplifier)放大电流误差信号。
检流电阻两端的电压由内部放大器放大34.5倍，电流误差放大器的跨导是550 uS，锯齿波信号峰值为2V。
该电路中，输入电流在返回通路上由电阻Rs检测(图3)。
图3：利用MAX16818(内部电流环路)构建的高亮LED驱动器。
电流检测电阻值由平均电流极限设置，LED支路的电压为：此处n是LED的数目，Vfm(If)是LED在满负荷电流If下的压降。
输入功率为Pmax = VLED(max) ×IfVLED(max) ×I f，效率为η。
因而，输入电流为：(1)平均电流阀值为24mV，因而，电流检测电阻值为：(2)为了避免控制器的PWM比较器输出自激，比较器反相输入信号的斜率应小于同相输入的锯齿波斜率。
一种升降压混合型太阳能光伏路灯控制器的制作方法
一种升降压混合型太阳能光伏路灯控制器的制作方法
制作一种升降压混合型太阳能光伏路灯控制器的方法如下：
1. 准备材料和工具：太阳能电池板、锂电池、升降压转换器、充电控制器、LED灯、电阻、电容、连接线、焊接设备等。
2. 连接电路：首先将太阳能电池板通过电线连接到升降压转换器的输入端，将锂电池通过电线连接到升降压转换器的输出端，即实现了太阳能电池板向锂电池的充电。
接下来，将LED灯
通过电线连接到升降压转换器的输出端，连接电阻和电容实现稳定电流输出。
3. 添加充电控制器：将充电控制器连接到太阳能电池板和锂电池之间，用于控制充电过程，保护电池的安全。
4. 设置光控功能：可以在电路中添加光控电路，根据光线的强弱来控制LED灯的亮度。
5. 测试和调试：将充电控制器连接到电源，确保电路连接正确。
调试各个元件的参数和电路功能，确保太阳能光伏路灯控制器的正常工作。
6. 安装路灯和外壳：将LED灯和电路进行固定，使用合适的
外壳来保护电路不受外界环境的干扰。
以上是一种制作升降压混合型太阳能光伏路灯控制器的方法，具体制作过程中还需要根据具体情况进行调整和改进。
LED驱动器借助改良降压拓扑电路提升灯泡功率
LED 驱动器借助改良降压拓扑电路提升灯泡功率各国对LED 灯泡的功率因数要求日趋严格，让LED 驱动电路设计挑战与日俱增，因此半导体业者藉由改良降压拓扑结构，开发出可兼顾小体积、高能效与高功率因数要求的新一代LED 驱动方案，有助开发人员设计出功率因数达0.9 以上的LED 灯泡。
随着白炽灯泡逐步被淘汰，节能萤光灯(CFL)和发光二极体(LED)将成为提供显着节能效果的两种照明选择。
尽管CFL 技术成熟，然白光LED 发展快速，每颗LED 元件的输出流明与光效已愈来愈高。
LED 灯泡的使用寿命是标准白炽灯泡二十五倍以上，且光效已超越CFL 灯泡的性能水平。
大多数常见CFL 灯泡中的电子安定器为电容型，典型功率因数(PF)为0.5~0.6。
这表示虽然住户仅为灯泡所标示的功率付款，但电力公司实际上必须产生成比例的伏-安(Volt-amp)电量，故功率因数为0.5 的13 瓦CFL 灯泡，代表的是26 伏-安的负载，只略低于60 瓦白炽灯泡伏-安数的50%。
也因此，美国能源之星(Energy Star)规定功率大于5 瓦的LED 灯泡最低功率因数须为0.7，而诸如嵌灯及聚光灯等商用LED 灯具的最低功率因数须达0.9。
放眼全球，美国对LED 灯泡的功率因数要求并非最为严格；最严格的当属韩国，该国要求所有输入功率超过5 瓦的灯光的最低功率因数须达0.9，此要求将为设计LED 驱动电路的设计人员带来挑战，他们必须综合评估能效、可用空间及整体物料清单(BOM)成本，以提供优化LED 照明方案。
导入降压拓扑结构电路LED 灯泡PF 大跃进白炽灯泡只为某个特定线路的电压而设计，但设计师不须要考虑如何使一个通用设计的LED 灯泡风行全球。
此外，LED 灯泡内的电源不须要与负载电气隔离，因其整合在单个壳体(Housing)中，但仍须注意机构的设计，必须。
基于升压转换器的易于编程LED驱动器
基于升压转换器的易于编程LED驱动器大多数采用白色发光二极管（WLED）背光显示器的便携式产品同时还需要辅助的LED 照明。
一般需要两个IC：一个感性升压转换器，使背光LED 获得最大效率（》80%）；一个电荷泵，允许独立控制各辅助LED。
此外，每个IC 都需要一个可编程的电流吸收器来进行亮度控制或者混色，这会导致成本和复杂度迅速上升。
本篇设计技巧介绍如何将单个可编程LED 驱动器与一个低成本升压转换器结合在一起，实现灵活高效且易于编程的解决方案。
图1 显示使用升压转换器ADP1612（见图2）和并行LED 驱动器ADP8860（见图3）的实现方案。
图1. 升压转换器ADP1612 和LED 驱动器ADP8860 实现背光和辅助LED 的可编程驱动。
在此应用中，升压转换器ADP1612 的FB 连接到LED 驱动器ADP8860 上的一个电流吸收器D2。
5 V 齐纳二极管保护电流吸收器免受故障或快速关断的损害。
若某一背光LED 发生开路故障，OVP 齐纳二极管会保护输出电容COUT 和ADP1612。
电流吸收器D2 关闭时，FB 上的电压上拉至VIN，从而关断ADP1612。
D2 开启时，FB 上的电压被拉低，升压开始切换。
ADP1612 调节输出电压，在FB 及D2 上提供1.2 V 电压。
这足以实现精确的电流调节。
随着流过D2 电流吸收器的电流变化，ADP1612 自动按比例调整输出电压，精确传送足够的电压，为LED 和电流吸收器供电。
ADP8860 能够独立控制每个吸收器，因此针对辅助LED 进行的编程也同样适用于背光LED。
升压DC-DC 开关转换器的工作频率是650 kHz/1300 kHz。
基于步进降压dc-dc转换器的三通道白光LED驱动器设计
基于步进降压dc/dc转换器的三通道白光LED驱动器设计只要增加少许元件，就可以用一只高效率的步进降压dc/dc 转换器，做出一个恒流的多通道LED 驱动器。
驱动一只单通道LED 相对比较简单，但要驱动多通道并联LED,事情就变得比较复杂了。
在通常的dc/dc 转换器应用中，控制电路采用由一只电感和一只电容构成的功率级，并通过一个电阻分压网络的反馈生成一个经调节的恒定电压，从而通过电阻分压器得到一个恒定电流。
用一只LED 替代反馈分压网络中的上方电阻，即可用一个经调节的恒流驱动LED 了。
流经LED 的电流等于dc/dc转换器的基准电压除以接地的下方电阻值。
虽然这种方法能很好地用于单LED 通道，但它不能用于驱动多个并联LED 通道，因为不匹配的LED 压降会在某个LED 通道上消耗掉大多数电流。
于是，只能点亮一个LED 通道。
采用步进降压级包括了一只12μH 电感和一只22μF 电容。
D1 的第一个LED 通道驱动电流调节在17mA,它等于IC 的0.8V 基准电压除以R1.C3 上的电压被调节到需要支持D1 和R4 上电压，以及R1 上为0.8V 的某个电压值。
射极跟随器Q3 驱动Q1 和Q2 的基极，镜像D1 的17mA.射极跟随器Q1 和Q2 的VBE 压降接近并补偿了Q3 的VBE 压降，因此R5 和R6 上的电压也是一个恒定的0.8V,而D2 和D3 由一个恒定17mA 驱动。
R 4 设置为让C 3 上的电压足够高，使Q1 和Q2 不会饱和。
R4 值应设定为使C3 上的电压可以支持最高LED 电压与约255mV 之和，以使Q1 和Q2 远离饱和区。
降压调节器变身智能可调光LED驱动器的创新设计
降压调节器变身智能可调光LED驱动器的创新设计
凭借使用寿命长和功耗低的优势，LED有望改变整个照明行业，但它的快速采用面临的主要障碍是LED本身的成本居高不下。
LED灯具(完整电力照明设备)的成本各不相同，但LED的成本通常占据了整个灯具成本的大约25%至40%，而且预期在今后多年内仍会占据很高比例(图1)。
图1. LED灯具成本的细分1
降低整体灯具成本的一种方法是在产品规格允许的范围内，在可能最高的直流电流下驱动LED。
此电流可能远高于其“分档电流”.如果正常驱动，这样可能产生更高的流明/成本比率。
图2. LED光输出和效率与驱动电流2
但是，这种做法需要更高电流驱动器。
很多解决方案在低电流下(
降压稳压器对输入电压进行斩波，并通过LC滤波器传送，以提供稳定的输出，如图3所示。
它使用两个有源元件和两个无源元件。
有源元件是从输入到电感的开关“A”，以及从地面到电感的开关(或二极管)“B”.无源元件是电。
一种新型升降压LED驱动电源
一种新型升降压LED驱动电源
陆治军; 王强
【期刊名称】《《电源技术》》
【年(卷),期】2010(034)012
【摘要】现阶段利用发光二极管(LED)作为快速光源十分普遍,随着LED功率不断提高,高亮度的LED灯具有取代传统照明灯具的趋势,应用潜力非常大。
提出了一种新型升降压变换器作为高亮度白光LED灯的驱动方案。
主电路由前级Boost和后级Buck组成,采用固定导通时间控制策略,实行前级限幅后级闭环控制,结构简单,无需补偿电路,动态响应速度快。
建立了主电路的稳态与小信号模型,对控制环路进行了理论分析,运用PSIM软件进行了仿真验证。
【总页数】5页(P1287-1291)
【作者】陆治军; 王强
【作者单位】重庆市电力公司重庆400014; 重庆大学电气工程学院重庆400044【正文语种】中文
【中图分类】TM53
【相关文献】
1.一种新型可调光调色LED灯具驱动电源设计方案 [J], 刘广海
2.一种新型基于二次型Buck变换器的交错并联LED驱动电源 [J], 廖志凌;刘康
3.一种新型原边反馈反激式数字控制LED驱动电源设计∗ [J], 顾星煜;史博文;赵保付;欧阳亦可;徐申;孙伟锋
4.一种新型高效LED驱动电源设计 [J], 李帆; 沈艳霞; 张君继; 赵芝璞
5.一种新型的高性能LED驱动电源设计 [J], 周园; 沈艳霞
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基于升降压转换器的LED照明驱动器设计文章出处：365dn 发布时间：2005-12-09 点击: 32当输出电压可能高于也可能低于输入电压时，峰值电流模式控制的非连续升降压转换器是LED驱动器的一个不错选择。
但是，采用这种升降压转换器用于驱动器设计时，LED电压的变化会改变LED电流，LED开路将导致输出端产生过高的电压，从而损坏转换器。
本文将详细讨论这种应用于LED的转换器设计，并描述多种克服其固有缺点的方法。
发光二极管(LED)的应用已有很多年，随着最新技术的进步，它们正逐渐成为照明市场中强有力的竞争者。
新的高亮度LED具有很长的寿命(约10万小时) 和很高的效率(约30流明/瓦)。
过去三十多年来，LED的光输出亮度每18~24个月便会翻一番，而且这种增长势头还会持续下去，这种趋势称为Haitz定律，相当于LED的摩尔定律。
图1a：LED的并联连接。
图1b：LED的串联连接。
从电气上来说，LED与二极管类似，它们是单向导电(尽管它们的反向阻断能力并不太好，高的反向电压很容易损坏LED)，具有与常规二极管类似的低动态阻抗V-I特性。
另外，LED 一般都有安全导通时的额定电流(高亮度LED的额定电流一般为350mA或700mA)。
通过额定电流时，LED正向压降的差异可能比较大，通常350mA白光LED的压降在3至4V之间。
驱动LED需要受控的DC电流。
为了使LED的使用寿命长些，LED电流中的纹波必须很低，因为高纹波电流会使LED产生较大的阻性功耗，降低LED使用寿命。
LED驱动电路需要更高效率，因为总体效率不仅取决于LED，还与驱动电路有关。
而工作于电流控制模式的开关转换器是满足LED应用的高功率及高效率要求的理想驱动选择。
驱动多个LED也需要仔细考虑。
出于下面两个原因，不推荐如图1a那样并联LED串：由于各个LED的动态阻抗和正向压降不相同，如果没有外部均流电路(如电流镜像)，不可能保证流过LED上的电流相同；一个LED出现故障将使LED串断开，致使所有LED电流在剩下的LED串之间分配，这将导致LED 串上的电流增大，并可能损坏LED。
因此，更好的做法是将LED串联起来。
但该方法的缺点是，如果一个LED出现故障，则整个LED串将停止工作。
让剩下的LED串继续工作的一个简单办法是将一个齐纳二极管(其额定电压大于LED的最高电压)与每个(或每组)LED并联，如图1b所示。
这样，任何一个LED发生故障后，其电流都会流到相应的齐纳二极管上，LED串的其余部分仍可正常工作。
基本的单阶开关转换器可分为三类：降压转换器、升压转换器和升降压转换器。
当LED串的电压低于输入电压时，降压转换器(图2a)是理想的选择；当输入电压总是低于串输出电压时，则使用升压转换器比较合适(图2b)；当输出电压可能高于也可能低于输入电压时(由输出或输入变化引起)，则采用升降压转换器(图2c)比较合适。
升压转换器的缺点是，输入电压的任何瞬变(可使输入电压升高并超过输出电压)都会导致LED上流过很大电流(由于负载的低动态阻抗)，从而损坏LED。
升降压转换器也可代替升压转换器，因为输入电压的瞬变不会影响LED电流。
升降压转换器的工作原理对于低电压应用中的LED驱动器，升降压转换器是一种不错的选择。
其原因有多种，下面列举了其中一部分：它们可用高于和低于输入电压的电压来驱动LED串(升压和降压)；很高的效率(很容易到达85%以上)；非连续工作模式可抑制输入电压的变化(提供优良的线电压调节)；峰值电流控制模式允许转换器调节LED电流，而无需复杂的补偿(简化设计)；很容易实现线性和PWM LED亮度调节；开关晶体管失效不会损坏LED。
图2a：降压转换器。
图2b：升压转换器。
图2c：升降压转换器。
但是，这种方法仍有两个缺点：峰值电流受控并采用非连续电流模式的升降压转换器是一种功率恒定的转换器，因此，LED串电压的任何变化都会引起LED电流相应改变；另一个问题是，LED开路状态会在电路中产生损坏转换器的高电压；此外，还需要额外的电路将恒定功率转换器转变为恒定电流转换器，并在无负载情况下保护转换器。
图3为升降压转换器应用电路图，控制器内置了用于设定开关频率的振荡器。
在开关周期之初，Q1导通。
由于输入电压VIN加在电感上，电感电流(iL(t))开始从零(初始稳定状态)开始上升。
其中，L是电感值。
IC通过测量电阻RL两端的电压间接监测电感电流。
当该感应电压上升至预先设定的电压值(ipk)时，Q1关闭。
开关导通时间(ton)由式(2)确定。
此时，存储在电感内的总能量(J)为尽管开关关闭，流经电感的电流并不会中断。
这会使二极管D1导通，并在电感两端产生输出电压(-VO)，这个负电压会导致电感电流迅速下降。
经过时间tOFF后，电感电流趋于零。
此时间可通过公式(5)计算：为使转换器工作在非连续导通模式下，开关导通时间与电感电流下降时间总和必须小于或等于开关周期TS，这可确保在下一个开关周期电感电流从零开始。
在输入电压最小和输出电压最大的情况下(tON+t)OFF)取得最大值。
因此，确保在这些电压下转换器工作于非连续导通模式可保证在任何情况下都能满足公式6所示的条件。
转换器从输入端获得的功率(Pin)可由式(3)乘以开关频率fs得到。
假设LED串电压(VO)恒定且效率为100%，那么LED电流(iLED)为受在峰值电流控制模式下，ipk是一个固定值。
因此，LED电流完全独立(理论上)于输入电压。
在固定的ipk下，输入电压的上升(下降)会引起晶体管的导通时间成反比例减少(增加)，这将提供很好的线电压调节。
在实际应用中，从控制IC检测到电流峰值到GATE引脚实际关断之间的延迟会引起输入功率变化。
导通时间比较短的设计会由于延迟时间而出现更多误差，因为延迟时间将会占导通时间的相当大部分。
图3：升降压转换器。
式(8)也表明LED电流与LED串电压成反比。
一个标称输出为20V和350mA的电路将在10V 输出电压时产生700mA的电流，这显然不是期望的结果。
但是，通过使开关频率与输出电压成正比，式(8)提供了一种将恒定功率转换器转换为恒定电压转换器的方法。
假设fs=K×VO，其中K是常数，这样，LED电流将独立于输入和输出电压。
回扫转换器的另一个缺点是它易受输出开路状态的影响。
当LED开路时，存储在电感内的能量在每次开关导通时间的最后都会被转移到输出电容里。
缺少供电容放电的负载而导致电容两端的电压逐渐上升，最后超过器件的标称值并损坏功率级。
通过增加额外的电路(下部分将介绍)可提供输出电压反馈及过压保护。
输出电压反馈图4显示了实现过压保护和LED开路保护所需额外电路。
很多峰值电流模式控制器IC具有专用的RT引脚。
与该引脚相连的电阻用来设置内部电流，该内部电流用来给振荡器电容(可以是内部或外部)充电。
振荡器电容上的斜坡电压控制开关频率，这样，开关频率与RT引脚的输出电流成正比。
电阻越小(大)，电流就越大(小)，开关频率也就越高(低)。
基于这一原理，可利用输出电压反馈来调整开关频率。
电阻R3和R4构成一个分压器。
R4上的电压减去晶体管Q2基极和发射极之间的压降(Vbe)就是R5上的电压。
因此，流经R5的电流(IR5)为该电流是利用匹配的晶体管对从控制IC的引脚RT获得的。
因此，其中，KIC是所选用的控制器的电流到频率的倍增常数。
如果电阻R4上的电压降远远大于Vbe，则(VR5-Vbe)≈VR5，且图4中的电阻R2用于启动转换器。
启动状态下，输出电压为零，因而IR5也为零。
由于没有来自控制器RT引脚的电流，转换器无法启动。
增加电阻R2可以在启动状态下获得一小部分电流，并使R2的大小满足其中V(RT)是控制器RT引脚上的电压。
这样可确保转换器能够启动，并将R2带来的误差降至最低。
例如，选择R3=R4，式(10)简化为：这里假定输出电压比Q2的基极－发射极压降大得多。
结合式(8)、(10)、(11)和(14)，可以得到输出LED电流为这样LED电流不再决定于输入或输出电压。
采用电阻R6、晶体管Q3和齐纳二极管D2可增加过压保护功能。
在LED开路状态下，当开关导通时，电感存储能量，当开关关闭时，该能量转移到输出电容上。
因为没有足够的负载供电容放电，输出电压在每个周期都会逐渐升高。
当电压升高到超过齐纳二极管的导通电压时，由D2和R6组成的齐纳二极管分支电路开始导通。
这也提供了一条通过Q3基极电流的路径，使Q3导通。
此时，电阻R4实际上被短路。
因此，Q2的基极发射极的PN结将关闭，导致R5上的电流为零。
这将停止控制器的内部振荡直到输出电压降到齐纳二极管电压以下，以上过程继续进行。
这种猝发模式可将LED开路状态下的平均功率降至最小。
这种过压保护方法将强制控制IC进入低频、低功率的工作模式。
齐纳二极管电阻分支电路上的电流必须能在R6上产生足够大的电压，以便为晶体管基极－发射极PN结提供偏置。
PWM亮度调节图4：带过压保护和输出电压反馈电路的升降压转换器在带有输出电流反馈的开关LED驱动器中，需要反馈补偿来稳定转换器，并调节电流以达到期望的电流值。
这些反馈方案的瞬态响应性能是有限的，无法满足LED的PWM亮度调节所需要的快速开/关瞬态响应。
然而，本文所描述的转换器并不要求任何反馈补偿。
该控制方案所用的唯一反馈信息是通过传感电阻获得的流经MOSFET的峰值电流。
因为转换器在每个周期都存储了所需的能量，所以它可以对瞬态做出即时响应。
因此它可以很方便地与PWM亮度调节方案一起工作。
本文小结升降压转换器是低直流电压输入LED驱动器的有效解决方案，无论输出电压高于还是低于输入电压，它都可以驱动LED串。
此外，还可在转换器中增加小型而低廉的额外电路以克服负载调节和无负载状态下的问题。
该转换器易于实现，在峰值电流模式控制时无需进行反馈补偿设计。
它所具有的开环特性也使之成为那些需要PWM亮度调节的应用中的理想选择。