led矿灯驱动电路设计(3)

3.6 简便易用

简便易用是相对而言的。在评估电路的简便易用性时，不但必须考虑初始设计的复杂性，而且还必须要考虑在未来进行快速修改并把电路用于其他有不同输入或输出 要求的程序时需要做的工作。总之，滞后控制器非常简便易用。滞后控制器可消除传统电源设计中必需的复杂频率补偿功能。虽然频率补偿对于有经验的电源设计人 员来说是小菜一碟，但是对于新手来说就不那么轻松了。由于最佳的补偿随输入和输出条件的不同而不同，传统的电源设计不能实现针对不同操作条件的快速修改。 而滞后控制器具有内在的稳定性从而在输出/输出条件改变时无需改变。

3.7 小尺寸

小尺寸是便携式电路的一个重要特性。电路元件的尺寸受多种因素的影响。其中一个因素是切换频率。高切换频率允许采用小型无源元件。用于便携应用的现代 LED驱动器应能够以高达1MHz频率切换。由于切换频率并不能明显缩小电路尺寸，而且较高的切换损耗会降低效率和缩短电池寿命，所以建议切换频率一般不 超过1MHz。把各种功能集成到控制IC是实现小型驱动解决方案的一个最重要的因素。如果上述所有功能都通过分离的元件实现的话，它们所需要的电路板空间 将超出电源自身占用的空间。把它们集成到控制IC可大大缩小整体驱动器尺寸。功能集成的第二个同样重要优势是可以降低解决方案总成本。如果分步执行的话，LED驱动器中所有预期功能会导致每额外个别成本增加0.60～0.70美元。而当集成到控制IC时，这些功能只会增加IC成本0.10～0.15美元。

4 LED矿灯电路设计

4.1电池的选择

由于使用单颗LED作为光源，所以考虑使用4.2V的锂电池作为供电电源。为保证照明时间，电池容量选用6Ah的。锂电池小巧、轻便，无记忆效应，充电时间短，可充电循环次数在300次以上，免维护，是合适的矿灯电源。

4.2 驱动电路的设计

为使矿灯具有更好的可靠性，这里采用驱动芯片设计驱动电路。

首先应选择合适的芯片。选用的芯片应当体积小，输出稳定，效率高，输出不怕短路，且输入电压的范围包含锂电池能提供的电压，成本适中。综合考虑，选用了Sipex公司的SP7611A。采用SC70封装，可驱动4颗LED，提供40mA的输出电流。为灌电流型降压LED软件驱动器。

图4.1 SP7611A引脚图

SP7611A是Sipex公司推出的低压差系列LED驱动器之一，它与传统的LED驱动器有很大不同。传统的LED驱动器基于电容式升压电路或者电感式升压电路，需要将电池的电压升压到能点亮LED，而SP761X是基于灌电流型的降压LED驱动器，如图4.3所示，只要电池的电压大于或者等于LED的Vf和LED灯阴极到地的电压VLED之和，流过LED的电流就是恒定。由于LED供应商的激烈竞争和LED工艺的改进，LED的Vf越来越小，由原来的3.5V~3.8V减少到现在3.2V~3.4V。VLED的范围是0.3V~1V。因此在锂离子电池3.6V~4.2V电压范围内选择低Vf的LED是可以满足恒流驱动的。电池采用SPX5205-3.0驱动，SPX5205-3.0节能，具有过热保护，电流限制能功能，低噪声是理想的电池稳压器。

以下讨论SP7611A在矿灯上的两个应用电路。图4.4没有用传统的电感和电容作为升压，而是直接通过电池驱动矿灯，从而有效避免了电感带来的辐射干扰。此外，该电路采用线性电源解决方案，可避免由于使用开关式电源而传导干扰。该电路还通过控制地线上的开关来避免由于控制电源线而产生电弧或者电火花的可能。

当SW1 打开，SW2闭合时，矿灯的主灯输出LED1~LED4点亮。当LED阴极到地的电压VLED<=300mV时，流过LED1的电流ILED=200×(VCONTROL-VCTRL)/R1；当LED阴极到地的电压VLED>=500m V时，ILED=435×(VCONTROL-VCTRL)/R1。其中200、435是电流的放大倍数，从上面的等式可以看出，流过LED1的电流等于流过R1的电流乘以一个放大倍数。该放大倍数跟VLED有很大关系。通过图4.4，可以简单归纳为如表所示的比例关系。

图4.5 图4.4电路的电流放大倍数与VLED电压的关系

当然，流过其它LED的电流是流过LED1的电流是镜像电流，它们之间均等和匹配的，其电流的匹配程度为0.8%，最大误差不超过3%，如图4.6所示。

图4.6流过其它LED的电流与Vin电压的关系

图4.7是实际测试的效率曲线。此电源方案的效率

E=100×(Vbattery-VLED )/Vbattery

从图4.7可以看出效率与VLED和Vbattery的关系。当电池电压等于3.6V，效率高达91%；当电池电压等于4.2V，效率也有79%，远远大于传统的电容式升压电路(电荷泵)。该方案的工作时间大于11小时。

图4.7实际测试的SP7611A效率曲

在图4.4电路中，当SW1关闭，SW2打开时，副LED灯工作，流过LED1的电流ILED=(Vbattery-Vf)/R2，其中D1被用来防止电流通过芯片流到地。此时芯片SP7611A没有工作，由于流过LED1的电流较小，所以工作时间可大于30小时。

图4.8给出了SP7611A的另一种应用电路，它利用两颗SP7611A控制主副灯，其中U1 控制主灯，U3控制副灯。

其中U1控制主灯，U3控制副灯。

当SW1和SW2闭合时，U1和U3均工作，主灯LED1~LED5点亮，此时通过LDO SPX5205提供3V电源来设置LED1的电流。

ILED1=Current Ratio×(Vcontrol-Vctrl)/R1

其中，R1=R2。

当SW1打开,SW2闭合时，U1不工作，U3工作，此时是副灯LED5点亮，流过LED5的电流为：

ILED5=Current Ratio×(Vcontrol-Vctrl)/R2

这里的Current Ratio与图4.5的一样，值得注意的是，U3工作时，LED5必须接到U3的引脚3。引脚3的电流跟流过R2的电流成一定的放大倍数关系，如果LED5接到其它的引脚，则此电流就不受控制。