基于单电源集成电路开关稳压器电路设计分析

随着新一代的新LED实现了较高的功率和效率，这些设备的应用逐渐扩展到了新的领域，如手电筒或车辆应用等。大功率LED与白炽灯泡及荧光灯管等共同应用于环境照明中。电流源是对LED供电的最佳方式。由于多数的能源，包括电池、发电机及工业主电源，越来越像电压源而不是像电流源，LED需要在其与电源之间插入某些电子电路。这种电路可以很简单，如同串联电阻器。但考虑到能源效率及其它因素，最好的是高效的电压馈入式电流源。对于电流大于0.35A的LED，感应式开关稳压通常是最佳选择。

　　本设计实例提供了一系列基于单电源集成电路开关稳压器电路，主要是为了提高效率和减小体积。电路设计师为了实现此目标，尽量减少使用较大的元件，如外接功率晶体管、开关、大电容、电流检测电阻，并采用持续的大密度光源尽可能扩展光照范围来维持电路正常运行。

　　图1、2、3中的电路适合采用三、四个碱性电池、镍氢电池（NiMH）或镉镍电池(NiCd)组成的电源供电。图4和图5中的电路可用于汽车，其配电系统的标称线路电压为12V、24V或42V。图4、5中的电路也可用于包括24V配电线路进行控制的工业系统和应急子系统及电信应用，其系统电源为–48V线路电压。

　　这些电路的设计者们采用相同的概念：全面集成的单芯IC开关稳压器和微功耗运算放大器。运算放大器驱动IC上的1.25V反馈端子。尽管该节点针对的是标准电压稳压器的拓扑结构，运算放大器将其与小得多的电流检测电压及略有差异的电流调节器拓扑结构相匹配。这些电路都不需要使用外部电源开关。由于不需要平滑处理LED电流中的高频纹波，这种设计避免了开关稳压器中常用的较大值的滤波电容。所有电路的共同点是可以选择变暗功能，方法是在运算放大器的输入端引入可由电阻和电位器调节的偏置来实现。根据IC的不同，电阻及电位器可由内部稳压器的VD或CVL端子来供电。

　　采用一个高频开关稳压器为基本的LED稳压电路供电（图1）。它的输入电压为3.6V至6.5V，以高达1A的电流驱动单个LED，并且使用电流检测电阻来控制电流调节环路。图2的电路也比较类似，但它采用电感器的寄生电阻代替电流检测电阻。与图1的电路相似，它以3.6V至6.5V的输入电压工作，并以1A的电流驱动LED。
 

　对于图3中的单LED电路，MAX1685的起始电压定义了最低为2.7V的输入电压范围。图1中电路和图2中电路最大电流分别为0.5A和1A。最大极限工作电压还是6.5V。电路一旦开始运行后，就向LED供电来输入低达1.7V的电压。图1、2、3中电路的应用包括头灯，手电筒，及任何其它由三或四节碱性原电池、镍氢/镉镍二次电池或单节锂二次电池供电的便携灯具。
 

　　图4和5中的电路在8V至50V的电压下工作。假如有一个12V的系统，其中所有的元件都确定了，由于IC输入电源端子VIN有76V的绝对最大额定电压，这种电路可以承受负载卸出。最大可用电流为1A，只要将工作电压的下限值提高到11.5V，电路就可以驱动三个串接的LED。两个电路非常相似，只是图5中的电路使用电感电阻作为电流传感器。由于铜电阻率具有较大的温度系数，使用电感电阻的缺点是输出电流依赖温度。电感绕组由铜制成，其直流电阻有3.9parts/1000/°C的一阶温度系数。结果是在工作温度范围内，温度每增加10°C，调节的电流就会下降4%。