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基于开闭电源芯片MC33167的LED驱动器开荒

时间:2020-05-05 07:26 来源:国际ag旗舰厅 点击:

  摘要:当前,半导体照明技术发展迅速,作为半导体照明技术核心产品的发光二极管(驱动器有很多非常具体的性能要求。针对开发LED驱动器需要提高电路的转换效率和可靠性的实际需要,选择高效率的Buc k-Boost电路做为LED驱动器的主电路,提出并实现了内部核心33167的开发,并就该芯片的原理、结构特点和一些实施要点进行讨论,给出LED驱动器主控电路以及LED驱动器智能控制电路,并利用控制理论对LED驱动器的稳定性进行分析。最后通过分析测试结果,展示了利用33167实现大功率LED驱动器的可行性和可靠性。

  大功率白光LED是新一代半导体光源,属于非线性负载。由于无法大范围精确地描述其负载特性,因此通过电压型驱动器无法有效地控制LED的发光特性。当负载电压有微小波动就可引起电流很大的变化,从而使亮度发生较大变化。如果负载电压波动过大,则可能将LED烧坏。LED负载电流与LED的发光亮度、色温、效率、光通量以及使用寿命紧密相关。因此,超高亮度LED通常都采用恒流源驱动。虽然大功率白光LED的发效率比较高,但总体效率不仅取决于LED本身,也与驱动电路有关,因此设计电流型开关转换器是满足LED应用的高功率及高效率要求的理想驱动方案。

  由于该驱动器主要用于汽车照明,其电源主要是蓄电池,因此需要一个DC/DC转换器来准确调节LED的恒定电流,进而获得LED光强的一致性和颜色的完整性。车载系统的LED照明工作方式变化范围较大,故其驱动器也应适于不同的应用需要。汽车电池的标准电压为12 V,电池电压在电量耗光时可能降至8 V,而发动机运行时交流发电机则可能将其电压充至14 V。由于汽车电池电压的变化范围很宽,所要求的输出电压就可能高于或低于输入电压,故LED驱动器需要采用升一降压的电路结构来适应保持LED的恒流要求。

  考虑LED驱动器作为电流控制系统的本质特点,选择通用33167为核心器件,它采用7.5~40 V低压直流供电,芯片内部开关管通过电流最大可达5 A,并且通过配置合适的外围电路就可实现升-降压功能,因此该芯片完全可做为汽车用LED驱动器的核心芯片。

  LED特种照明驱动器的开关电源芯片采用MC33167,该芯片可提供多种功能,其内部结构如图1所示。如超过5 A的输出开关电流,无需外接电阻即可提供5 V的输出,内部2%精度的基准源,可提供欠电压保护和内部热保护,各种保护模式可使电路工作在安全状态下。在保护模式可将电源电流降至36A,大大降低芯片的功耗。内置72 kHz固定频率的振荡器,可使开关电源输出较高频率的PWM,因此在芯片外部使用较小的电感电容就可实现滤波作用,大大简化了外部元件。

  芯片5脚电位U5与输出电位U2对应关系如图2所示。芯片1脚电位U1变化时(U1与标准电压5.05 V不相等时),U5则相应成比例变化,U5与晶振产生的锯齿波经过PWM运算放大器的比较,输出高电平或低电平,然后经过内部逻辑电路运算控制开关管的导通或关断,从而控制U2。因此随着U5的变化,输出开关管的开关时间也就不同,即U2的占当比发生变化,从而控制输出电压的大小。当U1降低时,U5升高,同时控制U2的占空比升高,平均值增加,所以输入U1与输出U2成反比变化。因此在芯片外部增加负反馈电路就可以形成稳定的电源。

  电压源电路中,其输出电压必然为U1=5 V,即电源芯片内部的基准电压,否则电路无法稳定。经过实际电路的测试,试验结果显示电路工作正常,可以获得稳定的输出电压Uo=5 V。由电压源可进一步改变芯片外部的反馈形式,使之成为电流反馈,从而设计电流源。


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