基于LM2734的恒流高效的恒流驱动电路

●按输出功率分类：

0.4W、1.28W、1.4W、3W、4.2W、5W、8W、10.5W、12W、15W、18W、 20W、23W、25W、30W、45W、60W、100W、120W、150W、200W、300W 等。

●按输出电压分类：

DC4V、6V、9V、12V、18V、24V、36V、42V、48V、54V、63V、81V、105V、135V等。

●按外形结构分类：

PCBA裸板和有外壳的两种。

●按安全结构分类：

隔离和非隔离的两种。

●按功率因数分类：

带功率因数校正和不带功率因数。

●按防水性能分类：

防水和不防水两种。

●按激励方式分类：

自激式和它激式。

●按电路拓扑分类：

RCC、Flyback、Forward、Half-Bridge、Full-Bridge、Push-PLL 、LLC等。

●按转换方式分类：

AC-DC与DC-DC两种。

●按输出性能分类：

恒流、恒压与既恒流又恒压三种。

LED驱动电源的应用

分别用于射灯、橱柜灯、小夜灯、护眼灯、LED天花灯、灯杯、埋地灯、水底灯、洗墙灯、投光灯、 路灯、招牌灯箱、串灯、筒灯、异形灯、星星灯、护拦灯、彩虹灯、幕墙灯、柔性灯、条灯、带灯、 食人鱼灯、日光灯、高杆灯、桥梁灯、矿灯、手电筒、应急灯、台灯、灯饰、交通灯、节能灯、汽车尾灯、草坪灯、彩灯、水晶灯、 格栅灯、遂道灯等。

由已知电源功率计算LED的数量

例:额定输出功率为10W电源,使用额定的正向电流20mA,耗散功率为70mW条件下可配置多少个LED? 依以上公式 (即取所得数据的整数)

1：对于恒压驱动 方式:

由已知的输出电源电压计算每支路串联LED数量及并联支路数

(1)计算每条支路的LED个数

(2)计算并联支路数

注:VLED值依不同发光颜色各有不同,用稳压电源驱动LED时,为了控制电流,通常需要串联电阻器.

例:一个额定输出电压为DC 24V,功率为10W电源,使用额定正向电流20mA,耗散功率为70mW额定的正向电压为1.8V.可配置多少个LED呢? (取所得数据的整数)

可以带10组支路,每支路14个LED串联构成的电路,共140个LED.

2：对于恒流驱动方式

由已知的电源输出电流及LED的电流值计算出并联支路数及每支路数量

(1)计算并联的支路数

(2)计算支路串接LED个数:

例:一个额定输出电流为DC 0.35A,额定功率为10W电源,驱动耗散功率为70mW,正向电流为0.02A的LED,可怎样配置?

并联支数路:

(取所得数据的整数)

每支路串接数:个数

即可以带17组,每组8个LED串接,共136个LED.

线路损耗及线路压降的计算

P电线=I R V电线=IR

R电线=σ (备注:L为电线长度;S为电线横截面积;σ为电线电导率)也可以查电工手册.

例:用长度为10米(正、负极电线各5米),24AWG的铜芯电线,通过电流为2A,其损耗的功率及线路压降为多少?

查电工手册可知:R电线 = 0.737W

V电线 = 2×0.737 =1.474V

P电线 = 2 ×0.737 = 2.948W

从以上计算可以看出,线路电流较大时,要注意选择合适的导线截面,否则线路损耗及线路压降是相当大的.

我们只有完全了解LED和LED电源 的基本特性,才能正确设计和使用LED光源 .

虽然大功率LED现在还不能大规模取代传统的照明灯具，但它们在室内外装饰、特种照明方面有着越来越广泛的应用，因此掌握大功率LED恒流驱动器的设计技术，对于开拓大功率LED的新应用至关重要。LED按照功率和发光亮度可以划分为大功率LED、高亮度LED及普通LED。一般来说，大功率LED的功率至少在1W以上，目前比较常见的有1W、3W、5W、8W和10W。已大批量应用的有1W和3W LED，而5W、8W和10W LED的应用相对较少。预计大功率LED灯会在2010年上海世博会上大量应用，因此电子和照明行业都非常关注LED照明新技术的发展应用。 中国照明网技术论文·LED照明

恒流驱动和提高LED的光学效率是LED 应用设计的两个关键问题，本文首先介绍大功率LED的应用及其恒流驱动方案的选择指南，然后以美国国家半导体(NS)的产品为例，重点讨论如何巧妙应用LED恒流驱动电路的采样电阻提高大功率LED的效率，并给出大功率LED驱动器设计与散热设计的注意事项。

驱动芯片的选择

LED驱动只占LED照明系统成本的很小部分，但它关系到整个系统性能的可靠性。目前，美国国家半导体公司的LED驱动方案主要定位在中高端LED照明和灯饰等市场。灯饰分为室内和室外两种，由于室内LED灯所应用的电源环境有AC/DC和DC/DC转换器两种方式，所以驱动芯片的选择也要从这两方面考虑。

1. AC/DC转换器

AC/DC分为220V交流输入和12V交流输入。12V交流电是酒店中广泛应用的卤素灯的电源，现有的LED可以在保留现有交流12V的条件下进行设计。针对替代卤素灯的设计，美国国家半导体LM2734的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流高达1A，恰好适合卤素灯灯口直径小的特点。

取代卤素灯之后，LED灯一般做成1W或3W。LED灯与卤素灯相比有两大优势：(1)光源比较集中，1W照明所获得的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度，因此比较省电;(2) LED灯的寿命比卤素灯长。

LED灯的主要弱点是灯光的射角太窄，成本相对较高。但从长远来看，由于LED灯的寿命较长，所以还是具有非常大的成本优势。220V AC/DC转换器(例如LM5021)主要锁定舞台灯和路灯市场。

图2：RFB计算

2. DC/DC转换器

目前，LED手电筒占据了DC/DC转换器的绝大部分需求量。手电筒采用的LED功率基本上是1W，供电方式包括锂电池和镍锌电池、碱性电池等。3W 手电筒的应用一直还存在一些难点，因为3W LED灯本身需要散热，散热装置的体积大，从而在一定程度上削弱了LED灯体积小的优势。此外，由于3W LED灯的电流高达700mA，一次充电后的电池使用时间缩短。尽管如此，对于上述应用国家半导体提供LM3475、LM2623A和LM3485等方案。

矿灯也是LED灯的主要应用领域之一，它属于特种照明行业，需要专业的认证标准，中国对LED在矿灯领域的应用一直都很重视。目前，LED设计行业存在对特种行业的需求认识不足的问题，设计中常采用一些不切实际的、新奇的设计方案。例如，将LED灯和电池一起嵌入头盔，却没有考虑到矿灯特殊使用环境的各种需求，这可能是造成LED在矿灯市场的应用一直没有打开局面的重要原因。

对于矿灯LED应用，美国国家半导体提供了丰富的DC/DC稳压器产品，包括LM3485、LM3478和LM5010。已经用户采用一颗1W的LED灯，周围再放6颗普通的高亮度LED灯，构成一种具有特殊闪烁功能的矿灯。

总而言之，LED灯在灯饰和特种照明行业有着广泛的发展前景，国家半导体为此提供完整的新型LED驱动解决方案

图3：基于LM2734的恒流驱动电路

高效的恒流驱动电路

恒压供电的基本电路(图1左)采用反馈电阻RFB1和RFB2，当负载电流发生变化时，VFB也随之变化，DC/DC稳压器通过感知VFB的变化，使输出电压维持在一个固定的电平：

V0=(VFB*(RFB1+RFB2))/RFB1 (1)

在图1右边电路中，DC/DC稳压器的FB是高阻输入端，流经LED的电流IF为：

IF=VFB/RFB (2)

为保持IF恒定，DC/DC稳压器感知VFB，然后调整LED正端电压，使流经LED的电流保持恒定。这就是利用DC/DC稳压器FB反馈端实现恒压到恒流转换的原理。

一般来说，DC/DC稳压器对VFB的变化有一个感知的范围，一旦LED选定，其工作电流IF的大小也就确定了，所选的电阻要保证VFB落在DC/DC稳压器容许的范围内。

以VFB等于1.25V为例，假设IF分别为15mA、350mA和700mA，采样电阻的功耗将分别小于20mW、400mW和800mW。对于1W的LED来说，采样电阻的功耗分别占到总电源消耗的2%、40%和80%。因此，采样电阻的设计对提高LED的功效至关重要，它应该选取尽可能小的数值。

由于直接将RFB连接FB端会造成RFB的功耗过大，所以在FB端和RFB之间放置一个运算放大器，以放大RFB采集到的电压VTAP(图2)。

IF=VTAP/RFB=(VFB/RFB)*(1+RF/RI) (3)

通常，1W大功率LED的典型工作电流为350mA，如果选择RFB等于1欧姆，则RFB的功耗为：

PRFB=I2*R=0.352*1=0.12W (4)

考虑运算放大器本身的功耗，RFB及其附属电路的功耗大约为1W LED功率的12%。这样就能在确保LED获得恒流供电的同时，将RFB的功耗降低到可以接受的水平，从而使LED两端的电压尽可能大，流经的电流也尽可能大。国家半导体按照这个原理工作的稳压器有LM2736和LM2734。

LM2734是1A降压型稳压器。基于LM2734的恒流驱动电路(图3)利用LM321运算放大器获取采样电阻Rset上的电压，结合其它电阻和电容就可以构成一个完整、高效率的大功率LED恒流驱动电路。在实际使用中，有些LED恒流驱动电路可以直接从采样电阻获取反馈电压，如图4所示。

图3中采样电阻Rset决定了恒流驱动电路的设计，而且对整个系统的效率有重要影响，因此仔细设计Rset对节省能源至关重要。图3和图4的详细设计文件请向国家半导体当地授权分销商索取。

一般来说，如果要求LED驱动电流的变化不超过标称值的5%至10%，那么采用精度为2%的电阻就足够了。LED驱动电流的典型波动范围是正负10%。由于采样电阻消耗的功率较大，应避免使用功率较小的贴片电阻。此外，LM3478方案适用于多个大功率LED的恒流驱动，而基于LM5021的恒流驱动设计方案则针对220V AC/DC转换器的应用。

恒流驱动与散热的考虑

就电子电路系统设计而言，工程师在设计LED恒流驱动电路时首先要了解LED的恒流参数。目前LED芯片的制造商很多，国内外LED的差异主要在于相同电参数的情况下，流明数可能不同，因此设计工程师要清楚地认识到LED功率并不是决定发光效率的唯一参数。例如，同样是1W的LED，有的LED可以达到40流明的亮度，而有的只能达到20流明的亮度，这是因为LED光学效率还取决于材料和制作工艺等诸多环节。

有些设计工程师为提高发光效率而采取加大驱动电流的办法，例如，对于同一颗1W LED，加大驱动电流后，亮度可以从20流明提高到40流明，但是LED的工作温度也相应升高了。一旦温度超过LED的限温点，就会影响LED的寿命和可靠性，这是设计恒流驱动过程中需要注意的重要问题。

此外，LED照明系统的光学效率不仅仅取决于LED恒流驱动方案，还与整个系统的散热设计密切相关。为缩小体积，某些LED恒流驱动系统将LED驱动电路与散热部分贴近设计，这样容易影响可靠性。

一般来说，LED照明系统的热源基本就是LED灯本身的热源，热源太集中会产生热损耗，因此LED驱动电路不能与散热系统紧贴在一起。建议采取下列散热措施：LED灯采用铝基板散热;功率器件均匀排布;尽可能避免将LED驱动电路与散热部分贴近设计;抑制封装至印刷电路基板的热阻抗;提高LED芯片的散热顺畅性以降低热阻抗。