基于DC/DC稳压器的大功率LED恒流驱动设计

式（3）变换得出：

由式（4）可以看出，合理设置电阻Rf、R1和Rs的值，即可获得所需的输出电流值，并能获得理想的效率。

3 设计实例

目前，在市面上可以找到很多价格低廉、性能优良的可调输出的DC/DC 单片集成开关稳压器或者控制器， 如LM2577 -ADJ、LM2596 -ADJ、LT1086 -ADJ、TL494、MC34063等，LM2596-ADJ 是LM2596 中可调输出电压的电源管理单片集成电路， 内部集成固定频率发生电路以及频率补偿电路，最大输出电流可达3 A,具有功耗小（待机电流仅80 μA）、效率高、过热保护和限流保护功能、很好的线性和负载调节、外围电路简单等特性。图3 所示是基于LM2596-ADJ 的LED开关恒流稳压电源。

图3 基于LM2596-ADJ 的LED 开关恒流稳压电源

该电路中， 含有电压控制环路和电流控制环路两个环路。电压控制环路由运算放大器U2A、R1、R5组成，用于控制电源的最大输出电压，其输出电压Vout由式（5）表示。



式（5）中， Vref=1.23 V,VD=0.4 V.由式（5）可以看出，改变R1和R5的参数就能改变最大输出电压的值。在LED 驱动电路的实际应用中，Vout应高于实际的负载电压，并且负载电压VLoad应满足式（6） ,电源才能自动工作于恒流模式。



电流控制环由运算放大器U2B、R7、R3、C2、R6、R2、C5组成。电源的输出电流Iout由式（7）表示。



由式（7）看出，改变R2、R6或者R7的值，即可改变输出电流的值。当输出电流较大时，R7可以采用阻值更小的电阻，以降低功耗。

Q1、R4、C6、ZD1 构成运算放大器的供电稳压电路，保证给运算放大器的供电电压不超过其最大允许工作电压。

D6、D7 组成电压反馈环路和电流反馈回路自动切换控制电路。当电源工作在恒压模式时，由于负载电流小，U2B 的输出电压V2小于U2A 的输出电压V1, 此时D6 导通，D7 截止， U2B 的输出不影响U2A 的输出；当负载电流增大到设定值时，U2B 的输出电压V2大于U2A 的输出电压V1, 此时电源自动切换到恒流模式，D7 导通，D6 截止， U2A 的输出不影响U2B 的输出。2 个控制环路中，同时只有一个控制环路起主导控制作用。当电压控制环路起主导作用时，输出电压不随负载电流的变化而变换，保持恒定值，相当于恒压源；当电源输出电流增大，达到设定值时，电源自动转入恒流模式，电流控制环路起主导作用， 输出电压随负载的变化而变换，输出电流值保持恒定，相当于恒流源。

表1 和表2 是基于LM2596-ADJ 的LED 开关恒流稳压电源的相关实测数据，表1 中的理想效率是按照式（8），且在开关频率为150 kHz、开关时间Ts为0.3 μs 的条件下计算而得：


表1 效率测试数据


表2 恒流精度测试数据


式（8）为最理想的开关损耗情况下，Buck 调整器的效率计算公式，式中，Vdc为电源的输入电压。

从表1 的测试数据来看， 实测效率与理想效率接近，且超过了87%,接近88%.这主要是因为实现恒压源到恒流源转变所增加的小阻值采样电阻以及低功耗的运算放大器等附加电路，并没有明显增加电源的总损耗。

从表2 的数据来看，电源的恒流误差小于1%,具有相当高的恒流精度。这是因为负载上电流的很小变化，经过运算放大器放大后，都能被控制电路感知，从而使输出电流保持在一个稳定的值。

根据式（7），输出电流


但由于电路中的二极管D7 处于微导通状态，导致电源的实际输出电流值与计算值存在一定偏差， 但误差很小，可以通过修改反馈电阻的值，获得理想的电流值。

4 结束语

基于LM2596-ADJ 的LED 开关恒流稳压电源已经投入实际使用，且长期工作稳定可靠，该电路的成功设计，说明了利用市面常用DC/DC 稳压器设计成高效的LED 恒流驱动的方法的可行性，且取材广泛，成本低。从实验数据可以看出，电路具有恒流精度高、效率高。该电源电路不仅可用于大功率LED 驱动，还可用于电池充电等。