硅谷杂志：探秘多通道LED恒流控制电路的设计 |
| 2012-12-14 16:06 作者：胡春 肖国龙 龚正平 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网文】据《硅谷》杂志2012年第19期刊文，针对目前国内照明LED恒流源成本太高的问题，设计一种性价比高的多通道LED恒流控制电路，融合PWM恒压技术和直流恒流技术，成本低廉，同时实现多路独立恒流，效率高，完全满足中小功率照明灯具多组LED的恒流要求。
关键词：LED；多路；恒流
0引言
LED的亮度是通过恒流控制的，而中大功率的LED照明主要通过多组串联的LED来实现，由于LED结电压的区别，多组并联的结构无法保证LED的恒流，同时存在骨牌效应的可能，即一组损坏，导致连环损坏。多路恒流是最佳的方案，采用AC/DC电压源+多路PWM恒流源是很好的方案，但是成本太高，120W以下的恒流源采用此方案，价位难以承受。在此基础上，本文提出了多通道LED恒流控制电路的电源控制方案。
1多通道LED恒流控制电路在开关电源中的连接方式
图1
如图1所示，多组LED为开关电源的输出负载，多通道LED恒流控制电路记为M4CM，其连接负载端子H1、H2…Hn分别连接各组LED的负极LED1-、LED2-…LEDn-，连接供电端子OVP连接开关电源的LED供电端LED+，为直观起见，以下描述的M4CM的连接负载端子为LED1-至LEDn-，连接供电端子为LED+。
2多通道LED恒流控制电路的框架设计
图2
如图2所示，M4CM主要由恒流电路A1至An、采样电压驱动电路B1至Bn、反馈电压比较电路E1至En和F、光耦隔离电路G组成，连接负载端子LED1-至LEDn-与地之间分别连接恒流电路A1至An，实现各路LED电流的恒定，其电压信号分别经采样电压驱动电路B1至Bn驱动放大，经反馈电压比较电路E1至En后控制光耦隔离电路G的通断，同时连接供电端子LED+的电压信号也经反馈电压比较电路控制光耦隔离电路G的通断，光耦隔离电路G控制开关电源的PWMMCU控制芯片，调节其输出的PWM信号的占空比，实现电源输出电压的闭环控制。
M4CM采用多路独立的恒流电路A1至An实现多路恒流，避免一组LED损坏，导致连环损坏，通过对连接负载端子LED1-至LEDn-的电压信号采样反馈，实时调整开关电源的输出电压，实现开关电源输出电压的闭环控制，使之达到最佳恒流条件的最小电压，降低功耗。通过对连接供电端子LED+的电压信号采样反馈，实现开关电源开路输出电压的闭环控制，避免开路输出电压过高。
3多通道LED恒流控制电路的硬件设计
图3
如图3所示，为恒流电路An和采样电压驱动电路Bn的电路原理图，恒流电路An主要由场效应管Q2、采样电阻Rsense和运算放大器U6A组成，恒流电路An采用运算放大器U6A输出控制场效应管Q2的导通，并通过采样电阻Rsense的反馈电压与基准电压Ve比较，实现运算放大器U6A闭环控制场效应管Q2，从而，使流经LED的电流保持恒定。
采样电压驱动电路Bn主要由运算放大器U6B组成，为同相放大电路，为连接负载端子LEDn-的电压信号Vd的采样驱动放大。由于场效应管极间电压Vds与电源输出电压和LED的管压降有关，通过电压采样反馈，获得满足最小Vds工作电压的电源输出电压。
图4
如图4所示，为反馈电压比较电路E1……En和F、光耦隔离电路G的电路原理图；反馈电压比较电路主要由TL431芯片组成，连接负载端子LED1-至LEDn-的采样电压，与各自TL431内部的2.5V基准电压比较，控制光耦隔离U2的通断，进而控制PWMMCU控制芯片输出PWM信号的占空比，从而调节开关电源的电压输出，实现输出电压的闭环控制。
为实现电源开路电压保护，连接供电端子LED+的采样电压，同样经TL431至光耦隔离U2，控制PWMMCU控制芯片，实现输出电压的闭环控制，以避免电源开路时，输出电压过高。
Vcc为工作电压，图3和图4中采用了+12V，若采用其他电压，对应的电阻R21/R31/R22/R32…等需要进行相关调整。
通过调整采样电压的信号放大，实现电源输出电压的调整，使之达到最佳恒流条件的最小电压和场效应管最低功耗，从而达到最高的效率。不同型号的场效应管内阻不同，管压降略有偏差，因此采用不同型号的场效应管，采样电路也需要适当调整。
综上所述，通过运放闭环控制场效应管实现恒流，通过对场效应管Vds极间电压的采样反馈控制，实现电源输出电压的闭环控制。
4结束语
本项技术利用PWM控制实现AC/DC及DC/DC转换，通过多路独立闭环控制场效应管实现多路独立恒流，同时通过对场效应管Vds极间电压的采样反馈控制，实现电源输出电压的闭环控制。
本项技术融合了PWM恒压技术和直流恒流技术，成本低廉，同时实现了多路独立恒流，效率高，完全满足中小功率照明灯具多组LED的恒流要求。
本项技术不同于独立结构的AC/DC电压源+多路PWM恒流源方案以及AC/DC单路恒流源方案。电压源+多路PWM电流源方案成本高，AC/DC单路恒流源无法满足组间LED的均流，还存在骨牌效应隐患。本项技术很好地解决了成本问题和均流问题，同时效率高。
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