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直流电压控制高亮度led (HB led)的PWM调光

来源:analog 发布时间:2023-08-11

摘要: 该led驱动电路包括一个滞回控制器U1 (MAX16820)、相关的功率元件和一个基于四运放U2 (LMX324)的控制电路。U1从24V源驱动5个HB led,仅使用电感L1, MOSFET Q1和捕获二极管D1。

高亮度led (HB led)正在进入更传统的照明,包括直流配电系统(一个例子是24V MR-16轨道灯)。HB led效率更高,与卤素灯或氙灯相比,它们的寿命可能更长。

由于迟滞控制器价格低廉,使照明设计简单,并且不需要补偿网络,因此非常适合驱动HB led。迟滞控制器通常具有一个脉宽调制器(PWM)输入,该输入使可变占空比的脉冲序列能够提供调光功能。然而,在转换传统照明系统时的一个问题是,许多调光器提供的是1V-10V的直流信号,而不是PWM信号。为了增加HB LED的工作寿命,控制器还应该提供基于温度的电流折返。

将直流电压转换为PWM信号很容易。当你在一个输入端施加直流电压,在另一个输入端施加三角波时,PWM信号出现在比较器的输出端。然而,在试图将三角波与控制电压对齐时,会出现令人头疼的问题。您需要占空比和控制电压之间的线性关系,最小控制电压为0%占空比,最大控制电压为100%占空比。

图1的原理图包括滞回控制器U1 (MAX16820)、相关功率元件和基于四运放U2 (LMX324)的控制电路。U1从24V源驱动5个HB led,仅使用电感L1, MOSFET Q1和捕获二极管D1。检测电阻(R1)将电流设置为0.5A。当电流检测电压降至190mV以下时,U1导通Q1,当电压超过210mV时,U1关断Q1。迟滞控制器没有时钟,也不需要外部补偿。图2显示了对应于PWM信号中一个小导通时间的电流检测波形。U1还提供一个稳压5V,为PWM转换电路供电。


图1所示 这种可调的负电源由一个8位串行输入DAC控制的反相倍频电荷泵组成。


图2 图1电路的电流检测波形显示了HB LED在低占空比下的电流。

将控制电压转换为PWM信号的难点在于如何设置三角波的峰值电压和谷电压,使之与控制电压(V(CNTL))的相应最大值和最小值密切匹配。U2中的两个运放产生三角波,三角波在R7-R8分频器设定的高电压电平和R7-R8 / R9分频器设定的低电压电平之间振荡。U2A的输出为50%占空比,轨对轨方波。设置U2B+ = V(CC)/2,则U2B输出对方波进行积分,生成对称线性的三角波。R10和C4设置工作频率。

在三角波谷达到0V是困难的,因为U2B输出的最坏情况最小值为60mV。因此,我们选择250mV的谷和2V的峰。由于V(CNTL)的范围为0V ~ 10V, R12-R13将V(CNTL)除以5,将降低的控制电压V(RED)限制为2.0V,从而匹配三角波的峰值电压。U2D通过将三角波与V(RED)进行比较来创建PWM脉冲序列。三角波谷为250mV,因此PWM信号保持0%,直到V(CNTL)达到1.25V。这个动作导致一个小的偏移错误,在V(CNTL)的低值时最明显,但它也通过保证OFF位置提供了一个优势。图3显示了三角波如何将分割的控制电压转换成脉宽调制波形。


图3 同样从图1中,这些波形显示V(CNTL) = 2V时占空比为16%。

运算放大器U2C提供基于温度的电流折叠。R4/R5/R6分频器向U2C非反相输入输出1.5V,几乎是低于三角波峰值(2V)的二极管电压。热敏电阻R2(具有负温度系数的电阻)在25℃时名义上为100k欧姆,但在50℃时其值下降到33k欧姆。在该温度下,R2-R3分压器产生1.5V -一个平衡点,在该平衡点上,U2C的正、负和输出端都处于1.5V,并且即将通过D2将V(RED)拉低。在70℃时,R2降至15.5k欧姆,运放输出降至1.0V,将V(RED)拉至约1.6V。该动作通过将70°C时的最大占空比限制为80%来实现所需的电流折叠。一个简单的改变电阻器值允许电路接受不同的V(CNTL)范围,并具有不同的温度折返特性。

这篇文章的类似版本出现在2008年6月24日的电子设计杂志上。



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