用于MR16 LED的1W至5W LED驱动器参考设计

近年来，高亮度发光二极管(HB-LED)市场快速发展，LED效能(efficacy，单位为流明/瓦或lm/W)增加了一倍以上，使用更加适用于众多新应用，如我们在手持电筒、建筑照明及街道照明等应用中可以发现诸多革命性的新产品。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，仍然面临着挑战。实际上，就许多应用而言，都涉及到基于宽输入电压范围的电源来为HB-LED供电的挑战。其中，轨道照明等通用照明应用尤为如此，这些应用采用可能很松散稳压的12 Vac或12 Vdc电源。然而，LED需要以电流源而非电压源驱动，因为根据工艺容限及温度的不同，HB-LED的正向电压(额定值3.4 V)变化幅度可能超过±20%。

此外，就当前的1 W暖白光功率LED的流明量而言，通常需要3到4颗LED来替代1个20 W白炽灯的光输出。而要获得可预期及匹配的亮度和色度，也需要以恒定电流驱动LED。从架构角度来说，降压-升压拓扑结构符合这个要求，但它不如标准降压或升压拓扑结构那样常见。但理解透彻的话，降压-升压拓扑结构也可以为输入电压(Vin)与正向电压(Vf)有交叠的高性价比HB-LED照明应用提供众多优势。

参考设计概览

本参考设计文档介绍经过精心构建及测试的GreenPoint? 1 W至5 W LED驱动器方案，用于MR16 LED替代应用。这参考设计电路适合驱动多种照明应用中的HB-LED，但其尺寸和配置针对MR16 LED替代应用。这类配置常见于12 Vac/12 Vdc轨道照明应用、汽车应用、低压交流景观照明应用，以及工作照明应用，如可能采用标准现成交流电压墙式适配器供电的橱柜灯及台灯。

这参考设计的一项关键考虑因素，是在12 Vac输入条件下，跨输入线路变化及输出电压变化，实现平坦的电流稳流。这参考设计电路基于安森美半导体的NCP3065构建，工作频率约为150 kHz，采用非隔离型配置。NCP3065是一款单片开关稳压器，支持12 Vdc或12 Vac电源输入，设计用于为HB-LED提供恒定电流。除了NCP3065，这参考设计还结合了自动检测电路。这参考设计的功能框图如图1所示。



图1：安森美半导体用于MR16 LED替代应用的1 W至5 W LED驱动器GreenPoint?参考设计框图。

基本电源拓扑结构

降压-升压转换器的原理非常简单。导通状态时，输入电压源直接连接至电感(L)，从而在电感中积聚能量。在这个阶段，电容C为输出负载提供能量。关闭状态时，电感通过输出二极管连接至输出负载及电容，从而传输能量给负载。

要注意的是这是一种反向(inverting)输出，负输出连接至LED的阳极，而正输出连接至LED的阴极。另外，用示波器探头来测量时，探头的接地端并不接地。示波滤器将需要浮置(从交流墙式电源移除接地连接)，否则，接地环路/短路将导致器件关闭。

突发模式控制

基本控制环路包含235 mV内部参考、反馈比较器及2个设定优先(Set-Dominant) RS闩锁。基本上，NCP3065支持功率FET在降压-升压段导通(switch ON)，这时反馈电压降到低于参考电压。而在Ct下降时，功率FET将无条件地强制关闭。

电阻R8(参见图5)用于感测输入电感电流，并提供给NCP3065的FB引脚。这应用产生关闭时间瞬时(Ivalley)电感电流控制。只有在关闭时间电感电流穿过Vref阈值时，开关导通时间周期才能开始。

由于NCP3065控制器并不提供集成的脉宽调制(PWM)控制，仅利用一个比较器来跟踪(trip)反馈点，因此，峰值负载电流与平均负载电流并不象降压转换器那样直接成正比，而是符合下列公式：

其中，Ivalley是最低电感电流点。将平均电流(Iave)与输入电压(Vin)之比绘成波特图即可得到动态曲线(见图2a)，可能会导致LED光输出大幅变化。



图2：不带Vin补偿及带Vin补偿时的平均LED电流vs. Vin曲线。

因此，使用输入电压前馈补偿网络来减少由于Iout vs. Vin曲线的非线性响应导致的误差。由电阻R3、R5及加法电阻R4组成的电阻分压器网络(参见图5)用于增加Vin比例电压至FB引脚，从而在Vin增加时降低负载电流。这就起到使图2a曲线平坦化的效果，并降低了总体电流误差(见图2b)。

电阻R9和电容C6用于限制高输入电压外部开关的门极至源极电压。由R9和R2组成的电阻分压器网络用于设定最大门极至源极电压(Vgs)：

脉冲反馈电阻

电阻R7与二极管D5用于降低跳脉冲(pulse skipping)的可能性。由于突发模式控制仅涉及一个反馈电压及每周期交叉检测，并不包含使用窗口比较器，有可能产生跳过的脉冲(skipped pulse)，这跳过的脉冲不会影响直流调节，但如果脉冲有低频分量，可能会在LED应用中呈现闪烁。

R7和D5增加了流至Ct时序电容C2的电流。这有效地限制了NCP3065可提供的最大占空比。当条件允许低占空比时，R7和D5就使高于所需值的占空比不会出现。在关闭期间，需要D7来阻隔电压，因为这是降压-升压拓扑结构。更多有关脉冲反馈补偿的信息参见安森美半导体的NCP3065数据表。