如何运用SEPIC转换器同时驱动多个LED灯串

分享到:

作者:L.K.Wong T.K.Man 美国国家半导体公司

近年来,LED照明已经成为最具市场潜力的行业之一。因此,驱动高亮度LED也成为一个热门话题。对于需要采用多个LED灯泡的应用而言,可以将LED串联形成LED灯串来使用。如果需要更多的LED灯泡,还可以同时使用多个LED灯串。驱动多个LED灯串的常用方法是利用功率转换器和线性电流调节器。在功率转换器中,通常根据与灯串中LED数目相关的输入电压和输出电压,采用降压或升压拓扑技术。但是,如果输入电压与输出电压相近,就不适用该种拓扑技术。本文将介绍一种解决这个问题的SEPIC拓扑技术,并配合设计示例来对该技术进行详细阐述。

1 基本LED驱动器

LED驱动器的主要功能是控制LED电流,使其保持不变,即ILED.ILED值与LED颜色相关,也取决于具体的LED.如果需要调光,通常采用脉宽调制(PWM)控制,即驱动器应该将LED电流控制为ILED或零,调光频率一般在200Hz~1kHz以上。

图1表示一个LED驱动器以及它所驱动的k个LED灯串。LED驱动器由功率转换器和k个线性电流调节器构成。功率转换器的输入电压和输出电压以VIN和VOUT表示。每个LED灯串包含n个LED.每个LED灯串的电压降是VLED,其中i从1到k.VLEDi是各LED的正向电压(VFij)之和,其中j从1到n.因此,VLEDi=VFi1+VFi2+…+VFin每个LED灯串在功率转换器输出端和线性电流调节器之间相连,后者用于控制LED电流。各线性电流调节器中电压降用VCSi来表示。

2 功率转换器拓扑技术的选择

输入电压和输出电压用于控制功率转换器的拓扑结构。要求输出电压大于LED灯串的最大电压降与线性电流调节器的电压降之和,即

VOUT>max{VLEDi+VCSi},其中1<i<k

首先,VLEDi是关于LED正向电压VFij的函数。各LED的正向电压都有容差,它还与温度相关。例如,在LED的温度上升时,VFij通常会降低。在LED开启时,温度的上升明显。对于ILED为0.35A的LED,VFij的典型值和容差是3.2V和±10%.

其次,VCSi与反馈信号的功率相关。功率必须足够大以保持反馈信号良好的信噪比。线性电流调节器还需要能实现正确偏压的最低电压。但是,为了提高效率,应该最大限度降低VCsi,因为ith线性电流调节器的功率损耗是VCSi×ILED,这是相当大的功率值。由于ILED是固定的,功率损耗主要由VCSi确定,而它与VOUT相关,即:
VCSi=VOUT-VLEDi驱动3个LED灯串,每个灯串含4个LED为例。标称的VLEDi是12.8V,各灯串的ILED是0.35A.VOUT的典型设计是15V,其中已考虑VLEDi的容差和VCSi需要的最小电压降。

如果使用标称电压为12V的一节普通充电电池,电池电压可以在10V(近空电量)到14V(完全充电)之间变化,这近似于VOUT.假设使用升压转换器获得15V的VOUT,如果VIN接近上限,则需要极小的占空比(如果VIN为14V,则占空比为6.7%)。在实际情况中,可能无法实现小占空比,因为大多数控制器具有占空比下限或开启时间下限。这样,必须将VOUT设高,因此,线性电流调节器的功率损耗也增加,从而降低了整体效率。另一种可能的方法是降低开关频率以克服开启时间的下限。但是,低开关频率会增加电感器电流纹波。因此,需要更大、更贵的电感器。

以上应用的最佳功率转换器拓扑技术就是 SEPIC.这是由于SEPIC转换器的输入电压可以高于或低于输出电压。SEPIC转换器的其它优点还包括使用低端开关(这使设计者很容易采用开关驱动器)以及非反相输出电压。

论坛已做迁移,有相关技术资料和问题讨论可以到电路城对应版块(“模拟/电源”)
X