基于滯環(huán)跟蹤控制的LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

摘要：提出了一種新的基于滯環(huán)跟蹤控制的LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方法。它通過(guò)設(shè)定的閾值電壓來(lái)控制流經(jīng)電感的峰值和谷值電流，從而精確控制LED的平均電流值。經(jīng)過(guò)對(duì)滯環(huán)比較跟蹤方法控制的LED驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行理論分析與計(jì)算，并對(duì)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行了時(shí)序仿真，軟件仿真結(jié)果符合理論計(jì)算，驗(yàn)證了理論分析的正確性。滯環(huán)跟蹤控制的LED驅(qū)動(dòng)電路較好地解決了峰值電流控制的平均電流與峰值電流不一致的問(wèn)題，且電路具有自穩(wěn)定性，故無(wú)需額外斜坡補(bǔ)償電路。
關(guān)鍵詞：LED；峰值電流控制；滯環(huán)跟蹤控制；PSIM

大功率白光LED由于其的高效率、長(zhǎng)壽命、環(huán)保、可平滑調(diào)光等特點(diǎn)，己成為先進(jìn)的固態(tài)照明光源，它已應(yīng)用于普通照明、液晶電視，街道和停車(chē)場(chǎng)等離線照明場(chǎng)所。對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)方式而言，每種LED驅(qū)動(dòng)都有它的適用范圍，也有它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，搞清楚各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可以更好地根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)計(jì)合理的LED驅(qū)動(dòng)電路。這可以通過(guò)效率、工作電壓、噪聲干擾、輸出調(diào)節(jié)、反應(yīng)速度以及安裝尺寸和成本來(lái)進(jìn)行比較分析。由LED的電流一電壓特性可知，在正向?qū)▔航涤幸粋€(gè)較小變化時(shí)，將會(huì)引起導(dǎo)通電流產(chǎn)生較大的變化，從而引起LED亮度不穩(wěn)定，所以需要采用恒流控制的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)LED，通過(guò)精確控制其電流值可以均勻調(diào)節(jié)亮度，這對(duì)大功率LED尤其重要。恒流驅(qū)動(dòng)的控制方法主要有電阻限流，線性調(diào)節(jié)控制，DC—DC控制等多種方法。電阻限流和線性控制都能獲得較好的恒流特性，但由于其效率過(guò)低，故較少采用，DC—DC控制由于其高效率和高靈活性而得到廣泛的應(yīng)用。
目前廣泛應(yīng)用的開(kāi)關(guān)控制模式是峰值電流檢測(cè)PWM模式，通過(guò)檢測(cè)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)通過(guò)LED的峰值電流大小，觸發(fā)開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)的電平翻轉(zhuǎn)，并在固定時(shí)刻導(dǎo)通，所以可以通過(guò)控制取樣電阻的峰值電流大小來(lái)控制LED電流平均值。但這種驅(qū)動(dòng)方式存在平均電流和峰值電流不一致的問(wèn)題，針對(duì)上述不足，文獻(xiàn)提出了基于電流平方控制的方法加以解決。但是由于電路還存在次諧波震蕩問(wèn)題，當(dāng)占空比大于0．5時(shí)，需要對(duì)電路進(jìn)行斜坡補(bǔ)償，否則電感電流將不穩(wěn)定。增加斜坡補(bǔ)償電路可以克服上述不足，但卻增加了電路的復(fù)雜程度。為了解決上述問(wèn)題，本文提出了基于滯環(huán)比較跟蹤控制的LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方法，它是一種非線性砰一砰控制方法，該方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)速度快，參數(shù)魯棒性好等優(yōu)點(diǎn)，在控制領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛。

1 電路原理及設(shè)計(jì)
電路整體由三個(gè)部分組成：主電路、電流檢測(cè)電路和滯環(huán)跟蹤控制電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，續(xù)流二極管反向偏置截止，電感電流線性增加，取樣電阻R10兩端電壓差變大，將此電壓差通過(guò)差動(dòng)放大電路，反饋到滯環(huán)控制電路，與滯環(huán)控制設(shè)定的閾值電壓相比較。當(dāng)電壓達(dá)到滯環(huán)跟蹤控制系統(tǒng)的電壓的上限值時(shí)，比較器輸出電平翻轉(zhuǎn)，關(guān)閉開(kāi)關(guān)器件，由于電感電流不能突變，此時(shí)感應(yīng)出一個(gè)反向電壓，續(xù)流二極管正向偏置導(dǎo)通。電感、二極管和負(fù)載形成回路，電感放電，當(dāng)放電電壓低于滯環(huán)跟蹤控制系統(tǒng)的電壓的下限值時(shí)，比較器電壓翻轉(zhuǎn)，開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通，循此反復(fù)，限制了電感電流的峰值和谷值，達(dá)到了限定LED電流平均值的目的。
1．1 主電路設(shè)計(jì)
圖1所示為驅(qū)動(dòng)電路的主電路原理圖，由30 V的電源、開(kāi)關(guān)器件和續(xù)流二極管組成，取R3=30 Ω的電阻代替LED器件，由L1=1 mH的電感和C3=100μF的電容組成DC—DC電路。

1．2 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)
圖2為高邊電流檢測(cè)電路，通過(guò)檢測(cè)R10的電阻二端的電壓差值可以檢測(cè)電感電流的峰值和谷值。電路為減法運(yùn)算放大電路，設(shè)置R11／R13=R12／R14，則：
Vout=(R14／R12)(Vin0-Vin1) (1)
所以當(dāng)R14=R12時(shí)，R10兩端的電壓為Vout。通過(guò)設(shè)定比例可以使電路電流按同比例變化。