一种新颖的BUCK型LED驱动电路

　式中，UDZ为二极管压降，其值等于PNP 晶体管VT 的射极E 与基极B 之间的压降。电路选择参数使uo1 = 0 时晶体管VT 处于微导通状态，iC≈0，晶体管VT 的补偿电流为：

　　将uo1代入iC:

　　设定比例系数为：

　　若选择电路元器件参数使得k = 1，则iC = － ir，实现了电感纹波电流的全补偿。

　　3. 输出电流计算

　　当k = 1 时，晶体管T 补偿电流为

　　电感电流为：

　　所以电路输出电流为：

　　因此，通过LED 的电流为直流，其值为IP。

　　三、仿真与分析

　　1. 仿真参数设置

　　采用PSIM 软件对所提出的纹波补偿电路进行仿真实验，根据以上分析，仿真参数设置如下表所示。

表1 仿真参数设置表

　　LED 采用欧司朗半导体照明公司生产的额定功率PW = 5 W 的大功率LED， 型号为LC—WW5AP，其导通压降为3. 0 ～ 3. 6 V，典型驱动电流为1. 4 A，灯组采用三个大功率LED 串联连接。

　　单个LED 仿真模型如图4 所示，其中VD 为理想二极管，VDZ为理想单向击穿二极管，RLED为LED等效串联阻抗。仿真中设定单向击穿二极管VDZ两端电压为： UD = 3. 0 V，设定等效串联阻抗为： RLED = 0. 35 Ω。

图4 大功率LED 模型图

　　控制电路采用传统峰值电流控制，设定参考电压Ur = 10. 5 V; 电压采样系数ku = 0. 8; 电流采样系数为ki = 1; 误差放大器放大倍数设为1; 时钟频率fs = 200 kHz; 占空比为0. 1。该电路占空比D ＞ 0. 5，需要斜坡补偿。根据斜坡补偿原则：所选定斜坡上升斜率m>-m₂/2，其中m2为电感电流下降斜率。选定锯齿波幅值为0. 8 V、频率为200 kHz。

根据以上参数设置可得到电感上峰值电流为IP = 1. 4 A，输出电压UO = 10. 5 V。仿真电路图如图5 所示。

图5 仿真电路图

　　2. 仿真分析

　　电感电流波形如图6 所示，根据图6 可以看出电感电流上峰值为IP = 1. 4 A，验证了控制电路参数设置的正确性。电感纹波电流峰峰值为IPP =0. 14 A，可得电感电流直流分量为IL = 1. 33 A。

　　若电路不采用纹波补偿电路，则通过LED 电流为电感电流，纹波电流峰峰值为0. 14 A，使得LED发光不稳定。根据补偿电流波形可以看出其上峰值为0. 14 A，所以可以得到直流分量为IC = 0. 07A。对比iL波形和iC波形可以看出ic = － ir。通过LED 的电流为iO = IL + IC = IP = 1. 4 A，为恒定直流，补偿电流将电感纹波电流完全补偿，验证了结论的正确性。

图6 完全补偿波形图

　　四、结束语

　　优化电源结构，模块化设计是LED 驱动电路的发展方向。本文针对电解电容体积大，影响电路整体布局，不利于电路集成和小型化且其寿命难以与LED 长寿命相匹配等问题，提出采用有源补偿电路对电感纹波电流进行补偿的方法。该电路取消电解电容滤波，采用线性晶体管补偿电感纹波电流，方法简单、易于实现，而且补偿效果好，输出电流恒定。仿真结果证实了该拓扑结构的有效性。该方法可避免电源因电解电容元件而引发的故障，可以提高电路稳定性，有利于延长LED 驱动电源的寿命，有利于LED 照明的发展。

因自身的高效节能等优点LED 照明是照明领域的发展方向。传统上用于LED 驱动的BUCK 电路采用电解电容滤除纹波，效果不够理想，且由于电解电容自身因素容易导致电源故障，其寿命与LED 长寿命不匹配。针对这一问题，提出了一种有源补偿电感纹波电流的拓扑结构，分析了这种拓扑结构的工作原理。该拓扑将开关电源和线性电源结合起来，取消了电解电容滤波，电流输出恒定，使得LED 驱动电源寿命有效提高，而且利于集成化和小型化。

　　目前世界各国正在积极发展LED 照明技术，大功率LED 由于自身的高效节能等优点，现在已被广泛应用于景观照明、建筑照明、汽车照明及其他领域。LED 驱动电源是LED 照明不可或缺的部件，开关电源输出的纹波电流会引起LED 额外的温升，并且纹波电流越大，温升越高。此外，纹波电流较大会引起发光不稳定、导致LED 过早光衰、影响LED 灯具散热及布局问题。

传统BUCK 电路采用LC 滤波，电路稳态工作时，输出电压由微小的纹波和较大的直流分量组成。当驱动LED 时，纹波电压将引起较大的LED 纹波电流。增大滤波电容可减小LED 的纹波电流。但是，电容容量的增大，导致电源体积和重量增加，影响电源的小型化和集成化，更重要的是，电解电容成为限制LED 驱动电源寿命的主要因素。在LED 照明应用环境下，电解电容的寿命不超过10 000 h，与LED 的长寿命（ 100 000 h 左右） 难以匹配。文献分析了开关电源的平均无故障时间，指出电解电容的性能直接决定了电路的可靠性，在设计电源驱动器的时候应该有针对性地减少电解电容的使用。电解电容的有效工作寿命在很大程度上取决