采用光反馈控制白光LED的降压稳压器

采用光反馈控制白光LED的降压稳压器,buck converter

采用光反馈控制白光LED的降压稳压器

　　由于大功率、高效率白光（以及其它颜色）LED的实现，采用LED的照明更受关注（参考文献1）。由于LED是一种电流控制器件，典型控制电路是调节通过LED的电流来保持一致的亮度。为了最好地利用电能，用户经常将开关转换电路用于LED，根据输入直流电压的不同，可以是降压（Buck）或升压转换器。图1是典型的降压和升压转换器白光LED驱动电路的结构。白光LED增加了串接电阻R，决定了通过LED的电流。电阻取值要依据所需LED电流以及降压/升压转换器需要的反馈电压。例如，通过LED的平均电流为100mA，反馈电压为1.23V时需要的电阻值为12Ω。为了降低串联电阻上的功耗，工程师一般会采用图2中的电路结构。在这种电路中，放大器的增益减小了串联电阻上的功耗，减小因数与增益相等（参考文献2）。

　　图1与图2中的电路结构能很好地用于调节通过LED的电流，前提是环境温度保持不变。然而，白光与其它颜色的LED的亮度都是温度的函数，随温度的改变而有很大变动（参考文献2与参考文献3）。在100℃的温度变化范围下，亮度的变化从40%~150%。因此，如果预计环境温度会有变化，只调节通过LED的电流就

不是一种控制LED的有效方式。替代方法是采用光反馈来控制LED（参考文献3）。

　　不过，可以不使用高价的光传感器和放大器电路，而用一个合适的LED作光传感器（参考文献4）。图3为一个用廉价降压稳压器IC（可调LM2575）的白光LED控制器。透明封装的3mm红色LED用于检测10mm白光LED的光。白光LED的频谱宽得足以激励用作传感器的红色LED。对通过白光LED的60mA测试电流，红色LED传感器的电压大约为40mV。由于该电路用红色LED传感器的电压作为降压稳压器的反馈，因此必须用一个增益大约为30的放大器，因为LM2575降压稳压器的内部基准电压为1.23V。电阻R1、R2和R3控制放大器的增益，放大器包含一个廉价的LM358双运放。输入直流电压为运放供电。电阻R1、R2和R3的阻值分别为270Ω、560Ω和10kΩ。由于R2是一个可变电阻，改变它的设定值就改变了增益，因此就改变了通过白光LED的电流。所以，R2用作亮度控制。放大器增益范围从28~84，具体值取决于R2的设置。

　　红色LED作为传感器，安装在白光LED的侧面，因此只用到白光LED的一部分辐射光。将3mm红色LED的顶部处理成一个平坦表面，然后用一滴超强胶水将3mm红色LED固定在白光LED的侧面。

　　LM2575降压稳压器通过改变其占空比来调节输出电压。如果白光LED的输出光强由于温升而减弱，红色LED传感器的电压也成比例下降。红色LED传感器的输出连接到稳压IC的反馈输入端（4脚），稳压器IC因此相应地增加白光LED的输出电压占空比，从而稳定了亮度。当环境温度下降时，白光LED光强增长，稳压器减小输出电压，也达到了稳定白光LED亮度的目的。

参考文献
1. Saab, Alfredo H, and Steve Logan, “High-power LED drivers require no external switches,” EDN, July 19, 2007, pg 78.
2. “Specifications for Nichia Warm White LED,” Nichia Corp.
3. Santos, Bjoy, “Optical feedback extends white LEDs’ operating life,” EDN, Jan 18, 2007, pg 84.
4. Gadre, Dhananjay, and Sheetal Vashist, “LED senses and displays ambient-light intensity,” EDN, Nov 9, 2006, pg 125.