基于MC34063A的LED用恒流驱动电路的设计

　　LED经过几十年的技术改良，其发光效率有了较大的提升。白炽灯、卤钨灯光效为12-24lm/W，荧光灯50-70lm/W，钠灯90-140lm/W，大部分的耗电变成热量损耗。LED光效已达到120-200lm/W，而且其光的单色性好、光谱窄，无需过滤可直接发出有色可见光。目前，世界各国仍在加紧提高LED光效方面的研究，在将来其发光效率仍有较大提高。

　　1.LED驱动电路的要求

　　根据LED的电压、电流变化特性，目前很多厂家生产的LED灯类产品采用恒压驱动，无非是采用阻、容降压，然后加上一个稳压二极管稳压，或用开关电源方式，向LED供电，这样驱动LED的方式存在极大缺陷。首先是效率低。其次是稳定电压的能力差。因此，LED的驱动方式，最好的办法是恒流驱动，恒流电源可消除正向电压变化所导致的电流变化。因此可产生恒定的LED亮度。

　　2.LED驱动电路

　　2.1电路原理

　　基于大功率LED的电气特性和恒流源电路的原理，本文设计了一个基于集成电路模块的LED驱动电路，其原理框图如1所示。根据系统框图选择芯片，内部既要有振荡时序电路和比较器反馈，同时又要有开关管和基准电压。

　

　　图1照度采集终端结构示意图

　　2.2IC选择

　　线性恒流驱动电路虽然电路简单、元器件少、成本低、恒流精度高、工作可靠等有点，但是其在线性状态、负载变化适应、供电便利性等方面由很多先天弊端。而开关恒流驱动电路可以有效的解决上述几个缺点，所以本文选择双极型线性集成电路MC34063A进行驱动电路设计。

　　3.MC34063A驱动电路

　　MC34063A提供一种适用于便携式电子产品的稳压电源，具有以下特点：输出精度高（可达±0.04V）；电路简单，外围元件少；电路转换效率高（可达74％左右）；可以输出5—12V任意设定的电压。

　　3.1电路方案设计

　　基于前述负反馈控制理论和开关电源原理，本文设计了一个开关恒流电路，电路原理如图2所示。

　　

　　图2基于MC34063A的LED驱动电路原理图

　　3.1.1单端反激式开关电源模块
如图2所示，接通6V电源，通过R1给VT2提供小量的基极电流，经VT2放大后，再输入VT1基极，使VT1进入放大区。当VT1进入放大区后，在RS触发器的作用下，VT1很快进入开关振荡状态。振荡频率高达70kHz。此时N1就像一只电感接到6V电源上，其线圈电流随时间增长，电能逐渐转化成磁能存储在磁芯中。在VT1截止关断器件，感应电势反向，接在N2上的二极管VD2导通。通过改变N1、N2线圈的匝数比，可以改变在N2端获得的感应电压值。

　　3.1.2器件参数选择

　　1）CT为振荡器定时电容，它与振荡器工作频率有关，CT一般在470～1500pF范围内取值。R3为VT2的集电极电阻。它与输入电压VIN有关（输入电压VIN大，R3取得大一些），此处取100Ω。

　　2）为了保证开关管VT1不过流，外设Rsc限流电阻来检测此电流，并控制振荡器，使开关管峰值电流不超过1.5A。Rsc的阻值可按公式Rsc=0.3（V）/Ipk（A）计算，式中Ipk为开关管峰值电流，此值不大于1.5A。此处Rsc取0.22Ω。

　　3）在电路达到恒流稳态输出时，流过LED的理论电流为IL=0.30A，即流过取样电阻R5的电流I5=IL=0.30A。理论阻值R5=1.25/IL=1.25V/0.300A=4.2Ω

　　考虑到恒流驱动电路的输出可能发生断路或开路，为了保证使用安全，设置短路保护和开路过压保护是必需的。在输出端加接电阻R3和稳压二极管VDW引入电压负反馈后，就能起到过压保护作用，将过压值限制在VDW的击穿值。

　　4.电路测试

　　在进行方案设计后，实际制作了如图4所示的大功率LED驱动电路。其中所选LED为1W的白光LED，理论额定工作电流约为300mA。在接通外部电源后，通过改变串联LED负载的个数进行了电路调试。实验中获得的数据如表1所示。

表1输出恒流特性实测数据

　　

　　其中，当LED负载为1个时，变压器N1:N2=1:1；当LED负载为2个时，变压器N1:N2=1:2；当LED负载为3个时，变压器N1:N2=1:3。理论的恒定电流为：I0=1.25/R5=1.25/4.2Ω=0.30A

　　根据表中数据可见：在较宽输入电压范围（4～4.5V）和宽LED负载变化范围（1～3个LED串联）内，输出电流恒定，为0.30A，能满足大功率LED驱动电路的恒流供应。

　　5.总结

　　本文设计的LED驱动电路，驱动电流实验数据与理论数据基本一致，验证了电流状态为恒流输出，说明本文提出的大功率LED恒流驱动电路的方案是可行的。相对于线性恒流等其它驱动电路，开关恒流驱动成本较低，元器件少，宽电压输入，稳定性好，从而具有广泛的应用前景。如果能够将电容采用金属电容，无电解液更可以提升整个电路的使用寿命。