本文描述了一種在直流照明系統(tǒng)中驅(qū)動LED的新方法，這種方法能提供95%的效率、更長的使用壽命以及更高的抗電氣和機(jī)械沖擊力，同時對采用ZXSC300系列DC-DC控制器的實際電路設(shè)計進(jìn)行了計算和分析。
作為鹵素?zé)舻蛪赫彰鞯囊环N替代技術(shù)，LED照明日益流行。與鹵素?zé)襞莶煌氖�，LED沒有效率低、可靠性差以及使用壽命短等問題的困擾。本文描述了一種在直流照明系統(tǒng)中驅(qū)動大功率LED的新方法，這種解決方案能提供95%的效率、更長的使用壽命，并能承受更高的電氣和機(jī)械沖擊。

圖1：使用降壓模式DC-DC轉(zhuǎn)換器的LED驅(qū)動。

    在圖1所示的電路中，ZXSC300系列DC-DC控制器驅(qū)動以降壓模式工作的外部開關(guān)。表1列出了12V電源系統(tǒng)的材料清單。通過增加R2的值可提供更高的系統(tǒng)電壓，例如，要得到24V的電壓僅需將R2值改為2.2kΩ，同時電容C1也須有更高的額定電壓，電路基本工作原理如下：

    當(dāng)Q1導(dǎo)通時，電流流過LED、電容C2和電感。當(dāng)R1兩端的壓降達(dá)到Isense引腳的閾值電壓時，Q1關(guān)斷并保持一個固定時間，電感中的能量流過D1和LED。經(jīng)過這個固定時間后，Q1重新導(dǎo)通，如此循環(huán)往復(fù)。

電路工作原理分析

    下面對電路的工作原理進(jìn)行更詳細(xì)地分析，以得到電路參數(shù)及與系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)的計算。下面從開關(guān)Q1在一個固定時間TON內(nèi)導(dǎo)通開始分析。ZXSC310將Q1導(dǎo)通直至它在Isense引腳上檢測到19mV電壓(標(biāo)稱值)，于是達(dá)到此閾值電壓時Q1上的電流為19mV/R1，稱為IPEAK。

    當(dāng)Q1導(dǎo)通，電流從電源流出，流過C1和串聯(lián)LED。假設(shè)LED正向壓降為VF，則剩下的電源電壓將全部落在L1上，稱為VL1，并使L1上的電流以di/dt=VL1/L1的斜率上升。其中di/dt單位為安培/秒、VL1的單位為伏、L1的單位為亨。

    Q1 與 R1上的壓降忽略不計，因為Q1的導(dǎo)通電阻RDS(ON)很小，且R1上的壓降總是小于19mV。19mV是Q1的關(guān)斷閾值電壓，依據(jù)Isense引腳的閾值電壓設(shè)置。

VIN=VF+VL1 TON=IPEAKxL1/ VL1

圖2：12V系統(tǒng)的典型性能曲線。

    由于將VIN減去LED正向壓降可得到L1兩端的電壓，故可算出TON。因此，如果L1較小，則對于同樣的峰值電流IPEAK及電源電壓VIN，TON 亦較小。請注意，在電感電流上升到IPEAK的過程中，電流流過LED，因此LED上的平均電流等于TON上升期間及TOFF下降期間的電流之和。

    現(xiàn)在看一下Q1關(guān)斷期間(TOFF)的情況。ZXSC300系列DC-DC控制器的TOFF在內(nèi)部被固定為1.7us(標(biāo)稱值)，需要注意的是，如果用該值來計算電流斜坡，則其范圍最小為1.2μs，最大為3.2μs。

    為盡量減少傳導(dǎo)損耗及開關(guān)損耗，TON不能比TOFF小太多。過高的開關(guān)頻率會造成較高的dv/dt，因此建議ZXSC300和310的最高工作頻率為200 kHz。假設(shè)固定TOFF為1.7μs，則TON最小值為5μs－1.7μs=3.3μs。然而這不是一個絕對限制值，這些器件已可在2至3倍該頻率下工作，但轉(zhuǎn)換效率會降低。

    在TOFF期間，儲存在電感中的能量將被轉(zhuǎn)移到LED，只在肖特基二極管上有一些損耗。儲存在電感中的能量為：

EQ1

    系統(tǒng)可以以連續(xù)或非連續(xù)模式工作，兩者之間的差別及對平均電流的影響將在后面部分中解釋。

    如果TOFF恰好是電流達(dá)到零所需的時間，則LED中的平均電流將為IPEAK/2。實際上，電流可能會在TOFF之前達(dá)到零，此時平均電流將小于IPEAK/2，因為在這個周期里有一段時間LED的電流為零，這稱為“非連續(xù)”工作模式。

    如果經(jīng)過1.7μs后電流沒有達(dá)到零，而是下降到IMIN，則稱器件進(jìn)入“連續(xù)”工作模式。LED電流將在IMIN與IPEAK之間上升和下降(di/dt斜率可能不同)，此時平均LED電流為IMIN與IPEAK的平均值。

圖3：24V系統(tǒng)的典型性能曲線。

    通過用實際值進(jìn)行計算，上面的原理可運(yùn)用于實際電路設(shè)計。例如，已知輸出電壓穩(wěn)定的12V直流電源以及3個功率為1W的LED(需要340mA工作電流)，即可參考圖1所示的電路及表1列出的材料清單進(jìn)行設(shè)計。該設(shè)計可工作在11V至18V電源電壓范圍內(nèi)。

    電源輸入電壓=VIN=12V，LED正向壓降=VF=9.6V，VIN =VF+VL1。因此，VL1=12V-9.6V=2.4V。

    峰值電流=Vsense/R1=34mV/50m(=680mA，這里R1就是Rsense。

TON=IPEAKxL1/VL1  

    在上述等式