用大功率白光LED驱动器驱动便携式照明设备

很多人认为白光LED是照明的未来趋势。串联在一起的多个LED可以替代白炽灯或紧凑型荧光灯。高功率白光LED达到最大亮度(约40流明)需要3.6 V左右的直流电压和350mA左右的电流。

在便携式应用中，白光LED常是由具有12V标准输出的密封铅酸(SLA)电池供电。图中所示电路利用这种输入电压为12V的电池给一串白光LED组供电。它的特点是成本低，效率高，亮度不受电池电压的影响，有调光功能，以及保护电池。

该驱动电路在升压配置中采用了SG1524脉宽调制(PWM)开关调节器(U1)。这种配置使U1产生约40 V的最大输出电压，可以驱动多达11个1W的白光LED的串联组。由于功耗高， LED必须配备相应的散热器。

对于给定的工作频率，驱动器的设计包括电感器，输入电容器，输出电容器，开关晶体管，输出二极管的选择。工作频率是：

在这个例子中选择的频率为100kHz。频率越大，电感越小，但开关损耗就越大。

电池在完全充电时电压为13.2V，完全放电时约为10.8 V。通过LED的电压应足够高，以便在不同的输入电压下LED正向偏压。为了保证这一点，所需的占空比是：

VO=通过LED串联组的输出电压；VD=二极管压降；VIN=最小SLA电压；VDS=MOSFET压降。

对于一个8-LED串联组，肖特基二极管的VO=28.8V，VIN=11V，VD=0.4V。忽略VDS，所需的占空比是62.3%。U1有两个独立的开关晶体管，每个可提供的电流约100mA，运行时的最大占空比是45%。为了达到所需的占空比，要将这两个晶体管并联。由于LED所需的电流超过100mA，所以要另外加上一个MOSFET。

用电感电流的平均值可计算出L1的值：

如果电感电流dI_L的波纹是平均电流的某一百分比，那么电感电流的最大值是：

假如波纹是平均电流的40%，I_Lpk=1.12 A。因此，电感值是：

在这个例子中，公式5给出了当VIN为11V时，电感的最小值是184.3??H。输出电容的值取决于输出电压的波纹，而输入电压的值取决于电流的最值。

为了保证稳定的照明，通过LED的电流必须可以监测并保持不变。要做到这一点，电流可由R8，R11和U2b换算成电压，并通过U1的误差放大器的反相端反馈出来。这种负反馈可调节占空比来稳定通过LED的电流。LED的亮度随R11的不同而不同。运算放大器U2a和R9，R13，R14和R15监控电池电压，只要电池电压低于11V时就关闭LED，从而防止电池的深度放电。