隨著LED生產成本的下降,LED在各種應用中的使用率越來越高,其中包括手持設備、車載以及建筑照明。其高可靠性(使用壽命超過50000小時)、高效率(175流明/瓦)以及近乎瞬時的響應使其成為一種頗具吸引力的光源。但是,驅動LED卻是一項很具挑戰性的工作。
受控的亮度需要用一個恒定的電流來驅動LED,無論輸入電壓如何這一恒定的電流都必須保持恒定不變。通常,LED都會有調光要求,例如,想要調節顯示器或建筑照明亮度。實現LED調光有兩種方法:改變LED電流或使用脈寬調制(PWM)。效率最低的方法是改變電流,因為光輸出并非完成隨著電流變化而發生線性變化,并且在電流低至其額定值時LED色譜會發生變化。
時刻謹記人類對亮度的感知呈指數型是很重要的,完全變暗需要對電流進行大幅度的變化。這對電路設計有很大的影響,因為全電流時3%的調節誤差由會于電路容差而在10%負載時變成30%甚至更高的誤差。盡管響應速度比較慢,但使用PWM調光電流波形會更加精確。在照明和顯示器應用中,人們希望PWM超過100Hz,這樣人眼就不會感覺到閃爍。
圖1 用于驅動單個LED的低成本降壓穩壓器
圖1顯示了一款驅動單個LED的非常簡單且成本非常低的降壓穩壓器,該穩壓器實施了一種快速調光的特性。其基于一個具有內部開關、電流限制比較器、振蕩器和內部接口的MC33063。通常用于穩壓的引腳具有關閉功能。在此情況下,一個超過1.25V的電壓會關閉電源,而一個較低的電壓會開啟電源。隨著電路的開啟,由于消除了電壓反饋,控制器以電流限制/磁滯模式運行。
振蕩器生成了一個會引起電源開關開啟的啟動脈沖。這使得輸入電壓正好適用于電流感應電阻、LED和電感。當電流達到大約350mA時電流限制比較器開始感應電流并關閉電源開關。電感電壓反向并超過輸入電流,從而使續流二極管發生傳導。電感和LED電流不斷循環,直到開關在下一個開關周期時開啟為止。該電路非常適用于廣泛的應用。在要求簡捷性和低成本的手持式便攜式設備、白色家電以及車載應用中使用一個40V額定電壓和一個1.5A電流的開關調節器是非常有用的。雖然實施磁滯控制和開啟功能可能有一定的挑戰性,但基本拓撲可適用于更廣泛的應用。
我們構建并測試了圖1中的電路。圖2顯示了關閉命令和因此而導致的LED電流波形。LED可以輕松地以500Hertz實現PWM調光。電流波形的上升時間和下降時間不到100uSec。如果LED中可以容忍更高的紋波電流,那么電感可以是一個更小的值且上升時間和下降時間可以縮短。然而,500Hz PWM適用于大多數應用。
綠色=輸出電流藍色=關閉(PWM)信號
500uSec/div10uSec/div
圖2 磁滯電流控制提供快速PWM響應
總而言之,只要不是專門設計用來驅動LED,諸如MC33063的開關調節器就可出色地完成調光工作。其誤差放大器可以用作關閉功能以提供LED PWM調光功能,其電流限制比較器提供了快速響應和精確的電流設置,并且其內置電源開關實現了一個小型簡單的電路。