最近几年来，高亮度发光二极管(HB-LED)市场快速成长，LED效能(efficacy，单元为流明/瓦或lm/W)增添了一倍以上，利用加倍合用在浩繁新利用，如我们在手持电筒、建筑照明和街道照明等利用中能够发觉诸多革命性的新产物。但LED要成为比白炽灯和紧凑型荧乐灯性价比更高的照明系统，依然面对着挑战。现实上，就很多利用而言，都触及到基在宽输入电压规模的电源来为HB-LED供电的挑战。此中，轨道照明等通用照明利用尤其如斯，这些利用采取可能很疏松稳压的12 Vac或12Vdc电源。但是，LED需要以电流源而非电压源驱动，由于按照工艺容限和温度的分歧，HB-LED的正向电压(额定值3.4V)转变幅度可能跨越±20%。　　另外，就当前的1W暖白光功率LED的流明量而言，凡是需要3到4颗LED来替换1个20W白炽灯的光输出。而要取得可预期和婚配的亮度和色度，也需要以恒定电流驱动LED。从架构角度来讲，降压-升压拓扑布局合适这个要求，但它不如尺度降压或升压拓扑布局那样常见。但理解透辟的话，降压-升压拓扑布局也能够为输入电压(Vin)与正向电压(Vf)有交叠的高性价比HB-LED照明利用供给浩繁劣势。　　参考设想概览　　本参考设想文档引见颠末细心建立和测试的GreenPoint®1W至5W LED驱动器方案，用在MR16 LED替换利用。这参考设想电路合适驱动多种照明利用中的HB-LED，但其尺寸和设置装备摆设针对MR16 LED替换利用。这类设置装备摆设常见在12 Vac/12 Vdc轨道照明利用、汽车利用、低压交换景不雅照明利用，和工作照明利用，如可能采取尺度现成交换电压墙式适配器供电的橱柜灯和台灯。　　这参考设想的一项要害斟酌身分，是在12Vac输入前提下，跨输入线路转变和输出电压转变，实现平展的电流稳流。这参考设想电路基在安森美半导体的NCP3065建立，工作频次约为150kHz，采取非隔离型设置装备摆设。NCP3065是一款单片开关稳压器，撑持12Vdc或12Vac电源输入，设想用在为HB-LED供给恒定电流。除NCP3065，这参考设想还连系了主动检测电路。这参考设想的功能框图如图1所示。　　根基电源拓扑布局　　降压-升压转换器的道理很是简单。导通状况时，输入电压源间接毗连至电感(L)，从而在电感中储蓄积累能量。在这个阶段，电容C为输出负载供给能量。封闭状况时，电感经由过程输出二极管毗连至输出负载和电容，从而传输能量给负载。　　要留意的是这是一种反向(inverting)输出，负输出毗连至LED的阳极，而正输出毗连至LED的阴极。别的，用示波器探头来丈量时，探头的接地端其实不接地。示波滤器将需要浮置(从交换墙式电源移除接地毗连)，不然，接地环路/短路将致使器件封闭。　　突发模式节制　　根基节制环路包括235mV内部参考、反馈比力器和2个设定优先(Set-Dominant) RS闩锁。根基上，NCP3065撑持功率FET在降压-升压段导通(switchON)，这时候反馈电压降到低在参考电压。而在Ct降落时，功率FET将无前提地强迫封闭。　　电阻R8(拜见图5)用在感测输入电感电流，并供给给NCP3065的FB引脚。这利用发生封闭时候瞬时(Ivalley)电感电流节制。只要在封闭时候电感电流穿过Vref阈值时，开关导通时候周期才能最先。　　因为NCP3065节制器其实不供给集成的脉宽调制(PWM)节制，仅操纵一个比力器来跟踪(trip)反馈点，是以，峰值负载电流与平均负载电流其实不象降压转换器那样间接成反比，而是合适以下公式：　　此中，Ivalley是最低电感电流点。将平均电流(Iave)与输入电压(Vin)之比绘成波特图便可获得动态曲线(见图2a)，可能会致使LED光输出年夜幅转变。　　是以，利用输入电压前馈抵偿收集来削减因为Iout vs. Vin曲线的非线性响应致使的误差。由电阻R3、R5和加法电阻R4构成的电阻分压器收集(拜见图5)用在增添Vin比例电压至FB引脚，从而在Vin增添时下降负载电流。这就起到使图2a曲线平展化的结果，并下降了整体电流误差(见图2b)。　　电阻R9和电容C6用在限制高输入电压外部开关的门极至源极电压。由R9和R2构成的电阻分压器收集用在设定最年夜门极至源极电压(Vgs)：　　是以，利用输入电压前馈抵偿收集来削减因为Iout vs. Vin曲线的非线性响应致使的误差。由电阻R3、R5和加法电阻R4构成的电阻分压器收集(拜见图5)用在增添Vin比例电压至FB引脚，从而在Vin增添时下降负载电流。这就起到使图2a曲线平展化的结果，并下降了整体电流误差(见图2b)。　　电阻R9和电容C6用在限制高输入电压外部开关的门极至源极电压。由R9和R2构成的电阻分压器收集用在设定最年夜门极至源极电压(Vgs)：　　是以，利用输入电压前馈抵偿收集来削减因为Iout vs. Vin曲线的非线性响应致使的误差。由电阻R3、R5和加法电阻R4构成的电阻分压器收集(拜见图5)用在增添Vin比例电压至FB引脚，从而在Vin增添时下降负载电流。这就起到使图2a曲线平展化的结果，并下降了整体电流误差(见图2b)。　　电阻R9和电容C6用在限制高输入电压外部开关的门极至源极电压。由R9和R2构成的电阻分压器收集用在设定最年夜门极至源极电压(Vgs)：　　脉冲反馈电阻　　电阻R7与二极管D5用在下降跳脉冲(pulse skipping)的可能性。因为突发模式节制仅触及一个反馈电压和每周期交叉检测，其实不包括利用窗口比力器，有可能发生跳过的脉冲(skipped pulse)，这跳过的脉冲不会影响直流调理，但假如脉冲有低频份量，可能会在LED利用中显现闪灼。　　R7和D5增添了流至Ct时序电容C2的电流。这有用地限制了NCP3065可供给的最年夜占空比。当前提答应低占空比时，R7和D5就使高在所需值的占空比不会呈现。在封闭时代，需要D7来阻隔电压，由于这是降压-升压拓扑布局。更多相关脉冲反馈抵偿的消息拜见安森美半导体的NCP3065数据表。　　交换工作Vs直流　　因为有半正弦波输入至降压-升压段，与纯洁直流输入比拟，工作点就会分歧。因为小尺寸是这设想的一项方针，故在全桥整流器后利用了极小的输入电容。　　是以，如许一来，按照所选择的输入电容，线路电压可以或许降到低至3V。故转换器的输入是全波整流正弦波。因为稳压器在电压低在约4 V时不工作(non-functional)，故具有稳压盲区(dead spot)。是以，我们最初稳压的是120Hz线路周期中约80%的无限部门，其余约20%则没有稳压。采取交换输入工作时，这会下降平均电流约20%。　　当采取年夜在12 Vac的电压工作时，该当斟酌散热问题。在大都利用中，这个模块会增添热耗散。输入电压抵偿增添了额外的交换抵偿收集，从而应对分歧的工作点。　　庇护　　齐纳二极管Z1和电阻R1，和NCP3065的限流功能用在开路庇护。在呈现负载开路事务时，环路将测验考试增添输出电压以知足零电流反馈的电流需求。当(Vin+Vout)跨越Z1的电压时，电流会流过R1，触发NCP3065的限流功能。　　短路庇护经由过程输入真个熔丝F1来处置。电感型负载的浪涌庇护也必需稳重斟酌，特殊是在变压器馈电系统中，这类系统照顾年夜量的源电感，如景不雅照明利用中的磁变压器就是如斯。需要选择得当电压的浪涌庇护器件，其电压不克不及跨越功率FET门极至源极电压，并带有公道电压余量。这可能要求经由过程频频实验来选择，由于按照需要接收能量的分歧，钳位电压可能会扩大。　　增添输出电流　　这参考设想的设置装备摆设针对的是350mA平均LED电流。增添这参考电路板的电流调理点很是简单，只需要将电流感测电阻R8的值减半，即由250mΩ减至125mΩ。另外，也必需增添输入熔丝，以顺应增年夜的输入电流耗损。当转向更高功率的设想时，按照外壳组件(housing)情况参数的分歧，可能需要散热片。　　测试成果　　这参考设想在分歧交换输入电压前提下的输出电流和在分歧直流电压前提下的能效测试成果别离如图3a和3b所示。此中，如图3b所示，这参考设想在11至17 Vdc规模下能效高在0.75，这个能效数据在这类低功率利用中表示亮眼。　　考设想电路图　　这参考设想电路板的什物图见图4，完全电路图则见图5。　　总结　　本文阐发了驱动高亮度LED的挑战，引见了安森美半导体用在MR16 LED替换利用的1W至5W LED驱动器参考设想，包罗根基的电路拓扑布局、供给平展输出电流的突发模式节制、脉冲反馈抵偿、交换与直流工作特征对照、庇护特征，和若何点窜这参考设想以供给更年夜输出电流等。测试成果显示，这参考设想在分歧交换电压前提下供给较平展的输出电流，且在分歧直流前提下供给超卓的能效。

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