一种滞环控制的LED驱动设计 LED照明, 荧光灯, 通用, 领域, 影响

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关键字：滞环控制   LED驱动  
LED的发光效率目前已经达到并且正在超过荧光灯。HID灯等传统光源的水平，在通用照明领域将逐渐成为主流光源。由于LED照明光源具有高光效、长寿命、节能环保、耐用等优点，近年来LED应用以及驱动已经成为研究热点。
在相同工作电压下，LED的正向导通压降因受工艺离散性的影响而呈现出一定的差异，所以恒流驱动是白光LED的最佳选择。目前的电流控制方式主要有峰值电流控制、滞环控制、平均电流控制和固定导通时间控制（COT）等控制方法。

主流的峰值电流控制存在平均电流和峰值电流不一致的问题；且当电路占空比大于0.5时，有次谐波震荡现象，需要增加斜坡补偿电路，因此增加了电路复杂性。平均电流模式能精确控制平均电流，但是控制方法实现复杂，且仍需斜坡补偿电路。滞环电流控制模式中，LED的平均驱动电流值由内设阈值Imax和Imin决定，不存在类似于峰值电流控制模式问题，能较好地解决峰值电流控制的缺点，且无需额外斜坡补偿电路，电路结构简单。滞环控制具有自稳定性。动态响应迅速等优点，应用广泛。

有人设计的滞环电路，结构简单、稳定性好，但无调光电路设计。有人提出一种滞环跟踪控制电路，对电路进行仿真与理论分析，但电路无调光功能，且主电路为传统的降压电路，MOS管驱动设计困难。此外电路还采用D触发器限制频率抖动范围，但同时也限制了电路的带负载能力，且瞬态响应变差。

本文在基础上，采用新的降压电路，去掉了D触发器，设计了一款带有数字PWM调光的LED驱动电路。

1 原理与设计

1.1 工作原理

本文设计的滞环LED驱动电路由主电路。电流检测电路，滞环控制电路三个部分组成。当MOS管导通时，续流二极管D截止，电感L电流上升，取样电阻Rs两端电压差值变大，将此电压差值通过差分放大电路，反馈至滞环控制电路，与滞环控制电路设定的阈值电压VH或VL相比较。

如图1所示，当电压达到滞环控制系统的电压的上限值VH时，比较器输出电平翻转，关断MOS管，由于电感电流iL不能突变，此时感应出一个反向电压，续流二极管D导通。电感放电，当放电至电压低于滞环控制系统的电压的下限VL时，比较器电压翻转，MOS管导通，循此反复，限制了电感电流的峰值和谷值，从而达到了控制LED电流平均值。




1.2 电路分析滞环控制的LED驱动电路主要由主电路，电流检测电路，滞环控制电路，以及数字调光电路组成。如图2中主电路由RS,电感L,续流二极管D,开关器件MOS,以及负载LED。Vi为输入电压，RS为检测电阻。电路稳定时，忽略续流二极管与Rs的导通压降可得：




式中：Vi为输入电压，Vo为LED两端电压，Ton为导通时间，Toff为关断时间。

由式（1）可得：




电流检测电路为高边电流检测电路[5-7],滞环控制电路为电路的核心。有人分析了电流检测电路以及滞环跟踪电路，并进行了仿真分析。

将滞环控制电路的输出逻辑信号与数字调光信号相与，可得到调制的PWM调光信号，控制MOS管的导通与截止，实现数字PWM调光。