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大功率LED恒流驱动电路的设计

实例(精)

大功率LED恒流驱动电路的设计实例

faceoff发表于2006-5-2616:38:00

大功率LED恒流驱动电路的设计实例

虽然大功率LED现在还不能大规模取代传统的白炽灯，但它们在室内外装饰、特种照明方面有着越

来越广泛的应用，因此掌握大功率LED恒流驱动器的设计技术，对于开拓大功率LED的新应用至关

重要。LED按照功率和发光亮度可以划分为大功率LED、高亮度LED及普通LED。一般来说，大功率

LED的功率至少在1W以上，目前比较常见的有1W、3W、5W、8W和10W。已大批量应用的有1W和3W

LED，而5W、8W和10WLED的应用相对较少。预计大功率LED灯会在2008年奥运会上大量应用，

因此电子和照明行业都非关注LED照明新技术的发展应用。

恒流驱动和提高LED的光学效率是LED应用设计的两个关键问题，本文首先介绍大功率LED的应用

及其恒流驱动方案的选择指南，然后以美国国家半导体(NS的产品为例，重点讨论如何巧妙应用LED

恒流驱动电路的采样电阻提高大功率LED的效率，并给出大功率LED驱动器设计与散热设计的注意

事项。

驱动芯片的选择

LED驱动只占LED照明系统成本的很小部分，但它关系到整个系统性能的可靠性。目前，美国国家

半导体公司的LED驱动方案主要定位在中高端LED照明和灯饰等市场。灯饰分为室内和室外两种，

由于室内LED灯所应用的电源环境有AC/DC和DC/DC转换器两种方式，所以驱动芯片的选择也要从

这两方面考虑。

图1：利用DC/DC稳压器FB反馈端实现从恒压驱动(左图到恒流驱动(右图的转换。

1.AC/DC转换器

IF=VFB/RFB(2

为保持IF恒定，DC/DC稳压器感知VFB，然后调整LED正端电压，使流经LED的电流保持恒定。这

就是利用DC/DC稳压器FB反馈端实现恒压到恒流转换的原理。

一般来说，DC/DC稳压器对VFB的变化有一个感知的范围，一旦LED选定，其工作电流IF的大小也

就确定了，所选的电阻要保证VFB落在DC/DC稳压器容许的范围内。

以VFB等于1.25V为例，假设IF分别为15mA、350mA和700mA，采样电阻的功耗将分别小于20mW、

400mW和800mW。对于1W的LED来说，采样电阻的功耗分别占到总电源消耗的2%、40%和80%。因

此，采样电阻的设计对提高LED的功效至关重要，它应该选取尽可能小的数值。

图4：从采样电阻直接获取反馈电压的设计。

由于直接将RFB连接FB端会造成RFB的功耗过大，所以在FB端和RFB之间放置一个运算放大器，

以放大RFB采集到的电压VTAP(图2。

IF=VTAP/RFB=(VFB/RFB*(1+RF/RI(3

通常，1W大功率LED的典型工作电流为350mA，如果选择RFB等于1欧姆，则RFB的功耗为：

PRFB=I2*R=0.352*1=0.12W(4

考虑运算放大器本身的功耗，RFB及其附属电路的功耗大约为1WLED功率的12%。这样就能在确保

LED获得恒流供电的同时，将RFB的功耗降低到可以接受的水平，从而使LED两端的电压尽可能大，

流经的电流也尽可能大。国家半导体按照这个原理工作的稳压器有LM2736和LM2734。

LM2734是1A降压型稳压器。基于LM2734的恒流驱动电路(图3利用LM321运算放大器获取采样电

阻Rset上的电压，结合其它电阻和电容就可以构成一个完整、高效率的大功率LED恒流驱动电路。

在实际使用中，有些LED恒流驱动电路可以直接从采样电阻获取反馈电压，如图4所示。

图3中采样电阻Rset决定了恒流驱动电路的设计，而且对整个系统的效率有重要影响，因此仔细设

计Rset对节省能源至关重要。图3和图4的详细设计文件请向国家半导体当地授权分销商索取。

一般来说，如果要求LED驱动电流的变化不超过标称值的5%至10%，那么采用精度为2%的电阻就足

够了。LED驱动电流的典型波动范围是正负10%。由于采样电阻消耗的功率较大，应避免使用功率较

小的贴片电阻。此外，LM3478方案适用于多个大功率LED的恒流驱动，而基于LM5021的恒流驱动

设计方案则针对220VAC/