LM2734大功率LED恒流驱动电路的设计精.docx

大功率LED恒流驱动电路的设计虽然大功率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3WLED,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
AC/DC分为220V交流输入和12V交流输入。12V交流电是酒店中广泛应用的卤素灯的电源,现有的LED可以在保留现有交流12V的条件下进行设计。针对替代卤素灯的设计,美国国家半导体LM2734的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流高达1A,恰好适合卤素灯灯口直径小的特点。2004.01.01研发部

paulzheng
取代卤素灯之后,LED灯一般做成1W或3W。LED灯与卤素灯相比有两大优势:(1光源比较集中,1W照明所获得的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度,因此比较省电;(2LED灯的寿命比卤素灯长。
LED灯的主要弱点是灯光的射角太窄,成本相对较高。但从长远来看,由于LED灯的寿命较长,所以还是具有非常大的成本优势。220VAC/DC转换器(例如

LM5021主要锁定舞台灯和路灯市场。
图2:在FB反馈端和RFB之间放置一个运算放大器以降低功耗。
2.DC/DC转换器
目前,LED手电筒占据了DC/DC转换器的绝大部分需求量。手电筒采用的LED功率基本上是1W,供电方式包括锂电池和镍锌电池、碱性电池等。3W手电筒的应用一直还存在一些难点,因为3WLED灯本身需要散热,散热装置的体积大,从而在一定程度上削弱了LED灯体积小的优势。此外,由于3WLED灯的电流高达700mA,一次充电后的电池使用时间缩短。尽管如此,对于上述应用国家半导体提供LM3475、LM2623A和LM3485等方案。
矿灯也是LED灯的主要应用领域之一,它属于特种照明行业,需要专业的认证标准,中国对LED在矿灯领域的应用一直都很重视。目前,LED设计行业存在对特种行业的需求认识不足的问题,设计中常采用一些不切实际的、新奇的设计方案。例如,将LED灯和电池一起嵌入头盔,却没有考虑到矿灯特殊使用环境的各种需求,这可能是造成LED在矿灯市场的应用一直没有打开局面的重要原因。
对于矿灯LED应用,美国国家半导体提供了丰富的DC/DC稳压器产品,包括LM3485、LM3478和LM5010。已经用户采用一颗1W的LED灯,周围再放6颗普通的高亮度LED灯,构成一种具有特殊闪烁功能的矿灯。
总而言之,LED灯在灯饰和特种照明行业有着广泛的发展前景,国家半导体为此提供完整的新型LED
驱动解决方案。

图3:基于LM2734的恒流驱动电路。
高效的恒流驱动电路
恒压供电的基本电路(图1左采用反馈电阻RFB1和RFB2,当负载电流发生变化时,VFB也随之变化,DC/DC稳压器通过感知VFB的变化,使输出电压维持在一个固定的电平:
V0=(VFB*(RFB1+RFB2/RFB1(1
在图1右边电路中,DC/DC稳压器的FB是高阻输入端,流经LED的电流IF为:
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