基于單電源集成電路開關穩(wěn)壓器電路設計分析

隨著新一代的新LED實現(xiàn)了較高的功率和效率，這些設備的應用逐漸擴展到了新的領域，如手電筒或車輛應用等。大功率LED與白熾燈泡及熒光燈管等共同應用于環(huán)境照明中。電流源是對LED供電的最佳方式。由于多數(shù)的能源，包括電池、發(fā)電機及工業(yè)主電源，越來越像電壓源而不是像電流源，LED需要在其與電源之間插入某些電子電路。這種電路可以很簡單，如同串聯(lián)電阻器。但考慮到能源效率及其它因素，最好的是高效的電壓饋入式電流源。對于電流大于0.35A的LED，感應式開關穩(wěn)壓通常是最佳選擇。

　　本設計實例提供了一系列基于單電源集成電路開關穩(wěn)壓器電路，主要是為了提高效率和減小體積。電路設計師為了實現(xiàn)此目標，盡量減少使用較大的元件，如外接功率晶體管、開關、大電容、電流檢測電阻，并采用持續(xù)的大密度光源盡可能擴展光照范圍來維持電路正常運行。

　　圖1、2、3中的電路適合采用三、四個堿性電池、鎳氫電池（NiMH）或鎘鎳電池(NiCd)組成的電源供電。圖4和圖5中的電路可用于汽車，其配電系統(tǒng)的標稱線路電壓為12V、24V或42V。圖4、5中的電路也可用于包括24V配電線路進行控制的工業(yè)系統(tǒng)和應急子系統(tǒng)及電信應用，其系統(tǒng)電源為–48V線路電壓。

　　這些電路的設計者們采用相同的概念：全面集成的單芯IC開關穩(wěn)壓器和微功耗運算放大器。運算放大器驅動IC上的1.25V反饋端子。盡管該節(jié)點針對的是標準電壓穩(wěn)壓器的拓撲結構，運算放大器將其與小得多的電流檢測電壓及略有差異的電流調節(jié)器拓撲結構相匹配。這些電路都不需要使用外部電源開關。由于不需要平滑處理LED電流中的高頻紋波，這種設計避免了開關穩(wěn)壓器中常用的較大值的濾波電容。所有電路的共同點是可以選擇變暗功能，方法是在運算放大器的輸入端引入可由電阻和電位器調節(jié)的偏置來實現(xiàn)。根據(jù)IC的不同，電阻及電位器可由內部穩(wěn)壓器的VD或CVL端子來供電。

　　采用一個高頻開關穩(wěn)壓器為基本的LED穩(wěn)壓電路供電（圖1）。它的輸入電壓為3.6V至6.5V，以高達1A的電流驅動單個LED，并且使用電流檢測電阻來控制電流調節(jié)環(huán)路。圖2的電路也比較類似，但它采用電感器的寄生電阻代替電流檢測電阻。與圖1的電路相似，它以3.6V至6.5V的輸入電壓工作，并以1A的電流驅動LED。
 

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　對于圖3中的單LED電路，MAX1685的起始電壓定義了最低為2.7V的輸入電壓范圍。圖1中電路和圖2中電路最大電流分別為0.5A和1A。最大極限工作電壓還是6.5V。電路一旦開始運行后，就向LED供電來輸入低達1.7V的電壓。圖1、2、3中電路的應用包括頭燈，手電筒，及任何其它由三或四節(jié)堿性原電池、鎳氫/鎘鎳二次電池或單節(jié)鋰二次電池供電的便攜燈具。
 

　　圖4和5中的電路在8V至50V的電壓下工作。假如有一個12V的系統(tǒng)，其中所有的元件都確定了，由于IC輸入電源端子VIN有76V的絕對最大額定電壓，這種電路可以承受負載卸出。最大可用電流為1A，只要將工作電壓的下限值提高到11.5V，電路就可以驅動三個串接的LED。兩個電路非常相似，只是圖5中的電路使用電感電阻作為電流傳感器。由于銅電阻率具有較大的溫度系數(shù)，使用電感電阻的缺點是輸出電流依賴溫度。電感繞組由銅制成，其直流電阻有3.9parts/1000/°C的一階溫度系數(shù)。結果是在工作溫度范圍內，溫度每增加10°C，調節(jié)的電流就會下降4%。