驱动LED阵列的同步降压开关电源
摘要: 一个典型的LED前照灯应用要求给LED阵列提供大约25 瓦以上的功率。因为LED元件的一个优点是效率高,所以驱动电子元件也应该提高效率,以充分发挥LED技术的优势。因此考虑采用某种开关电源 (SMPS)来实现这个目标是可以的(参见图1)。但大多数SMPS 设计的目标是调节电压而不是电流。
性能
按照原理图建立电路后,得到了以下性能数据。首先,绘出实际的输出电流IOUT ,作为是可编程参考电压VREF的函数的曲线。VREF可以从1.340 V 到2.090 V以50 mV的步长,以及在 2.140 V 到 3.540 V以100 mV的步长进行选择。其性能在图6中一目了然。
图6中所画的值代表9 V 到15 V测试输入电压的工作情况。注意到设置值从50 mV 步长变到100 mV 步长处有清楚的反射点。通过改变RSENSE1的值可以简单的改变此电路的总体工作范围。也注意到对于各种输入电压,IOUT 的改变很小。
下面的一组工作波形如图7所示。注意到工作频率发生改变,因为 CS5165A 是一个恒定关断时间的控制器。元件C12设置了关断时间的值。关断时间保持固定,而导通时间会根据负载要求而改变。在这种情况下,负载电流改变,将增加LED 阵列上的压降。在经典的稳压器中,占空比根据步降电压比改变。因为电压比随不同的负载电流有效的改变,占空比也发生变化。注意到图7中的波形测量值就可以得出这些结果。也要注意通过L1的纹波电流。
图7 VBATT=13.8V且Lout=Max(左),Min(右)时的典型工作波形(略)
下面简单地探讨效率问题。以下讨论参见图8。可以看到,电路一般在较低的输入电压和较重的负载时效率最高。在所有工作情况下,总的效率不会低于75%。
图8 效率曲线
结论
总的来说,较高输入电压时效率较低,因为启动电路和CS5165A允许的最大输入电压有限制。齐纳二极管D4选作为一个18V器件。考虑到Q1的基极 - 发射极 的~0.7V结压降,这仍然可使CS5165A上施加了17.3V电压。尽管这稍微超过了数据表上的最大VCC 值,但依然可使上部MOSFET在较高的VBATT 值时被稍微驱动。如果上部MOSFET驱动得太轻,它将会工作在欧姆区,会在MOSFET中引起比预计更多的导通损耗。
本文描述的电路满足了驱动高功率并联LED 阵列的目标。这种方法的一些限制在于LED 阵列自身的配置。各种并联与分支电路会根据LED器件匹配情况承载不同的电流。尝试监视并控制各个分支电路比重新安排阵列需要更多的努力。处理这种限制的更好阵列是串联所有LED器件,并且从汽车电池升压,以满足要求。这种方法也有其缺点。但是,一旦有了并联LED 阵列,此电路能提供许多有用的功能来驱动这样的配置。
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