直流电压控制高亮度LED的PWM调光

该LED驱动器电路包括迟滞控制器U1（MAX16820）、相关电源元件和基于四通道运算放大器U2（LMX324）的控制电路。U1 采用 24V 电源驱动 5 个 HB LED，仅使用电感器 L1、MOSFET Q1 和箝位二极管 D1。

高亮度 LED（HB LED）正在进入包括直流配电系统在内的更传统的照明（例如 24V MR-16 轨道灯）。HB LED效率更高，并且比卤素灯或氙气灯具有更长的使用寿命。

由于迟滞控制器价格低廉，为照明设计带来简单性，并且不需要补偿网络，因此它们非常适合驱动HB LED。迟滞控制器通常具有脉宽调制器（PWM）输入，使不同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，一个问题是许多调光器提供1V-10V直流信号而不是PWM信号。为了延长HB LED的工作寿命，控制器还应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。当您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，在尝试将三角波与控制电压对齐时，可能会出现头痛。您希望占空比和控制电压之间存在线性关系，最小控制电压下的占空比为 0%，最大占空比为 100%。

图1的原理图包括迟滞控制器U1 （MAX16820）、相关功率元件和基于四通道运算放大器U2 （LMX324）的控制电路。U1 采用 24V 电源驱动 5 个 HB LED，仅使用电感器 L1、MOSFET Q1 和箝位二极管 D1。一个检测电阻（R1）将电流设置为0.5A。当电流检测电压降至190mV以下时，U1接通Q1，当该电压超过210mV时，U1关断。迟滞控制器没有时钟，也不需要外部补偿。图2显示了PWM信号中对应于小导通时间的电流检测波形。U1 还提供一个稳定的 5V 电压，用于为 PWM 转换电路供电。

图1.该可调负电源由一个由8位串行输入DAC控制的反相倍增电荷泵组成。

图2.图1电路的电流检测波形显示了低占空比下的HB LED电流。

将控制电压转换为PWM信号的困难在于将三角波的峰值和谷值电压设置为与控制电压的相应最大值和最小值（VCNTL).U2中的两个运算放大器产生三角波，该三角波在R7–R8分压器设置的上限电压电平和R7–R8设置的较低电压电平之间振荡||R9 分频器。U2A的输出为占空比为50%的轨到轨方波。将 U2B+ 设置为等于 V抄送/2使U2B输出与方波积分，产生对称的线性三角波。R10和C4设置工作频率。

在三角波谷处实现0V是很困难的，因为U2B输出的最差情况最小值为60mV。因此，我们选择250mV的谷值和2V的峰值。因为VCNTL范围为 0V 至 10V，R12–R13 分频 VCNTL通过5，限制降低的控制电压，V红，至2.0V，从而匹配三角波的峰值电压。U2D通过将三角波与V进行比较来创建PWM脉冲序列红.三角波谷值为250mV，因此PWM信号保持在0%，直到VCNTL达到1.25V。此操作会导致较小的偏移误差，该误差在低 V 值时最为明显CNTL，但它也通过保证 OFF 位置赋予优势。图3显示了三角波如何将分压控制电压转换为脉宽调制波形。

图3.同样从图1中，这些波形显示了V的16%占空比CNTL= 2V。

运算放大器U2C提供基于温度的电流折返。R4/R5/R6分压器向U2C的同相输入提供1.5V的电压，几乎比三角波的峰值（2V）低一个二极管压降。热敏电阻R2（具有负温度系数的电阻）在25°C时标称值为100kΩ，但在50°C时其值下降至33kΩ。 在该温度下，R2–R3分压器产生1.5V电压，在这个平衡点上，U2C的正、负和输出端子均处于1.5V，并且即将拉动V红更低，通过 D2。在70°C时，R2降至15.5kΩ，运算放大器输出降至1.0V，拉动V红至约1.6V。该动作通过将70°C下的最大占空比限制为80%，实现了所需的电流折返。电阻值的简单变化允许电路接受不同的VCNTL范围，并具有不同的温度折返特性。

审核编辑：郭婷