恒流源驱动电路 随笔一

方案一

参考论文

LED光源驱动电路研究   华科 硕士 08.06 

采用恒流源控制的原因

1、LED的PN结的温度系数为负,温度升高时LED的势垒电势降低。由于这个特点,所以LED不能直接用电压源供电,必须采用限流措施,否则LED随着工作时温度的升高,电流会越来越大,以至损坏LED。

一、基于驱动芯片MBI1802的恒流驱动电路设计

该芯片主要技术参数：

恒定电流输出范围：40~360m A；
电压输入范围： 0~7V；
工作环境温度：-40℃~85℃；
储存环境温度：-55℃~150℃；
封装形式：SOP8；
2 个恒流输出通道(可只使用一个)；
电流输出可使用一个可变电阻调节；
具有过热保护功能；
恒流输出值不受输出端负载电压影响(不怕负载短路)；

图 中引脚 1(GND)为接地端；
引脚 2(R-EXT)为外接电阻的输入端，此外接电阻可设定两个输出通道的输出电流；
引脚 3(QT)为使能端，当引脚 3 接低点平时，输出电流立即降低为原来的 25%；
引脚 4、5(OUT0 和 OUT1)为恒流输出端；
引脚 6(ERR)为过热错误标志，当芯片温度超过 165℃时，ERR 会变成低电平；
引脚 7(OE)为置能信号端，当 OE 是低电位时，会启动 OUT0~OUT1 输出，OE 是高电位时，将关闭OUT0~OUT1；
引脚 8(VDD)为电源输入端。

二、基于Cuk变换拓扑的驱动电路

  使用开关电源作为 LED 的驱动电路具有灵活，可适应性强，输出功率大的优点。
  理论上 Cuk 变换器应是 DC/DC 变换的最佳拓扑结构，即同时具有升、降压功能又可能使输入电流和输出电流都实现连续，而且再通过两个电感的耦合，其电流脉动纹波可以为零。但在实际工程中 Cuk 变换拓扑尚未广泛应用，这是因为其能量转换的电容器需要耐受极大的脉动电流，而能胜任这种要求的电容器现在成本还比较高。
1、驱动电路系统图：

2、驱动主电路图

3、控制电路系统图

4、控制电路图

 
 
 
 
 
 

方案二

参考论文

LED驱动器的调光技术   苏大 期刊 10.10

两种调光方式：

模拟调光和PWM方式：两者都是通过改变流过LED灯的平均电流来实现改变它的亮度。因为LED的亮度主要受正向电流的影响，与正向电流密度成正向变化的关系。

HX3143是采用降压拓扑结构一个LED恒流驱动器。
1、输入电压范围可从4~20V， I_LED从10mA~1.2A可调，可驱动单个或多个LED串，LED的电流等于流过电感的电流。
2、该电路随着VIN电压的升高，通过监控CS引脚的电压来调节流经流经LED、L、R₂的电流脉冲的占空比使得LED的电流恒定在设定值。
3、可通过设置CS到GND的电阻器R_adj来编程流过LED的电流大小。
4、DIM引脚可接受模拟调光和PWM调光。

HX3143可广泛用于大功率LED手电筒、LED灯杯、LED广告牌、闪光灯、背光。

一、模拟调光

这种方式通过连续的方式线性调节流过LED的电流，来改变灯的发光亮度，可在较大范围内调节LED的亮度。

1、模拟调光可以通过调整电流检测电阻R_adj的阻值大小来设置LED的电流。或者通过在驱动芯片的调光控制引脚端施压一个直流电压来实现。
2、调整控制引脚直流电压实现模拟调光。

• 图中R_dim可设置在200k欧姆，CS端上的电流检测电阻R_adj是用来设置流过LED最大电流的。
• 将VCC的电压从1.2V升至2.5V，流过LED的电流会线性地变化（如下图），从而LED的亮度也会线性的变化。
• 此调光方法简单，只需在VCC端加一个直流电压，改变电压大小便可以进行调光，且调光比较线性。

3、调整R_adj进行模拟调光

• 使用CS参考电压时，R_adj的值的变化对应LED电流的变化。在驱动大功率LED的调光应用中，该电阻R_adj的阻值需要在1欧姆以下。
• 下图是当HX3143驱动大功率LED时，LED电流随R_adj的变化曲线图。
• 变电阻型调光在电阻上将多余电能转换为热能，这是能量的损失。
  
  4、优点：模拟调光最大的优势在于它避免了由于调光所产生噪声。方法简单，外围成本低。 缺点：在模拟调光时，驱动器始终处于连续工作状态，并且驱动器的电能转换效率随着输出电流减小而快速下降，采用模拟调光会增加系统的功耗。 模拟调光的另一个缺点是LED发出光的色温会随着LED电流的特定函数而变化，对色温要求较高的场合应避免使用模拟调光。

二、PWM调光

它通过在单位时间内反复接通和断开LED电流来调节发光亮度，开关频率一般高于100HZ，以便这个脉冲电流不易被人眼察觉到。 流过LED的平均电流I与占空比D是线性比例关系。

1、HX3143的PWM调光功能可以通过调制LED驱动器的DIM引脚方式实现。可以在DIM引脚加一个PWM信号，通过改变PWM信号的占空比来调节LED的亮度。HX3143可以接受较宽的频率范围和幅度。
2、下图展示I_LED与PWM信号幅度V_PWM的曲线图，（VIN=12V，D_DIM=50%,R_adj=0.31欧姆，F=1kHZ）。可见该驱动器可接受较宽的脉冲幅度，随着PWM信号幅度的增大，流过LED的电流基本不变。

3、HX3143驱动的DIM引脚PWM调光可接受的频率在100HZ~50kHZ之间，占空比从0%到100%可调。
下图显示驱动器在4种不同PWM频率控制下，LED电流随着占空比的变换而变化的曲线图。从图可以看出，不同频率下，LED电流大小只受占空比的影响。

4、优点：PWM调光可以精确地控制LED的平均电流，而且调光效率也最高，在保持驱动高效工作的同时，提供一个稳定的颜色输出，不至于让色温发生漂移 。 缺点：PWM调光的劣势在于调光时很容易产生人耳听得见的噪声。需要外围有能产生PWM控制信号的逻辑电路，相对复杂些。