0　引　言

　　20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著氮化鎵基第三代半導(dǎo)體的興起，藍(lán)色和白色發(fā)光二極管的研制成功，具有高效、節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)的固體光源L ED發(fā)光二極管，真正點(diǎn)燃了綠色照明的光輝，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有價(jià)值的新光源。但是，大功率L ED的電學(xué)離散性大，容易受溫度的影響，發(fā)光二極管導(dǎo)通后，加在L ED兩端的電壓稍有提高，就會(huì)引起流過(guò)L ED的電流急劇上升，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使L ED長(zhǎng)期超過(guò)額定電流工作，容易使L ED的半導(dǎo)體芯片燒壞。要控制大功率L ED的亮度，驅(qū)動(dòng)器必須提供恒定的電流。大功率L ED恒流驅(qū)動(dòng)常用的有電阻限流、開管變換器、專用芯片等。電阻限流方式控制方法簡(jiǎn)單，但是這種方法不能解決由于供電電壓波動(dòng)引起的光通量輸出變化問(wèn)題，而且能量損耗大，效率低，不能實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。不少半導(dǎo)體廠家推出了大功率L ED專用驅(qū)動(dòng)芯片，取得了不錯(cuò)的效果，但是這種芯片價(jià)格普遍比較貴。針對(duì)現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電路的缺點(diǎn)，該文提出了一種基于UC3843的峰值電流控制的大功率L ED恒流驅(qū)動(dòng)電路，該電路簡(jiǎn)單易用，控制方法簡(jiǎn)單，效率高，成本低;并對(duì)UC3843的外圍電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了PWM調(diào)光控制，避免了模擬調(diào)光帶來(lái)的色坐標(biāo)偏移問(wèn)題。其試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了該驅(qū)動(dòng)電路的可行性。

　　1　驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成及設(shè)計(jì)

　　大功率L ED是電流型器件，L ED 的亮度隨工作電流的增大而增大，為保證流過(guò)每只L ED的電流相同，使每只L ED的亮度均勻，采用L ED串聯(lián)。整個(gè)電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。電流檢測(cè)為PWM控制電路提供反饋，與PWM控制芯片內(nèi)的誤差放大器的輸出信號(hào)進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出脈沖占空比的控制，從而穩(wěn)定流過(guò)L ED的電流。PWMD是數(shù)字調(diào)光脈沖信號(hào)輸入，通過(guò)調(diào)節(jié)其占空比可以調(diào)節(jié)L ED的亮度，達(dá)到調(diào)光的目的。

　　采用的IC芯片UC3843是高性能固定頻率電流模式控制器，芯片有8個(gè)引腳，外電路接線簡(jiǎn)單，所用元件少，且性能優(yōu)越，成本低，芯片內(nèi)部具有可微調(diào)的振蕩器（能進(jìn)行精確的占空比控制） 、溫度補(bǔ)償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器、電流取樣比較器。電壓調(diào)整率好，頻率響應(yīng)好，穩(wěn)定幅度大;具有低啟動(dòng)電流，帶滯后的欠壓鎖定，工作頻率可達(dá)500kHz ，大電流的圖騰柱式輸出，非常適合驅(qū)動(dòng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管。

　　其內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖如圖2所示。

　　圖1　驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)框圖

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　　圖2　UC3843內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)框圖

　　1. 1　驅(qū)動(dòng)主電路設(shè)計(jì)

　　該電路主要由UC3843 ，MOSFET Q1 ，電感L1和大功率L ED串續(xù)流二極管D1及檢測(cè)電阻R12組成的BUCK型峰值電流控制模式電路，如圖3所示。利用引腳4所接的電阻電容R13和C9確定PWM的鋸齒波振蕩頻率;由R1 ，R2 ，電位器R3TL431 ，R4 ，R5 ，C3和UC3843內(nèi)部的誤差放大器組成電流檢測(cè)反饋的電壓基準(zhǔn)與電流檢測(cè)信號(hào)通過(guò)電流檢測(cè)比較器比較來(lái)控制PWM信號(hào)的占空比，限制流過(guò)L ED的電流峰值。由此可得流過(guò)L ED的電流峰值為：

　　Ipcak≈Is =（Vpin1- 1. 4V）/3R12（1）

　　式中，Vpin1為UC3843芯片1腳電壓， Ipcak為流過(guò)L ED的電流峰值， Is 為檢測(cè)電流峰值。

　　圖3　驅(qū)動(dòng)電路原理圖

　　1. 2　斜坡補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)

　　CCM下電感L1中的電流iL波形如圖4所示，可得：

　　α=△IL/△I0=D/（1 - D）=m2/m1（2）

　　式中，Ue 為誤差放大器輸出電壓，m1、- m2為電路中iL的上升和下降斜率， △I0 為某個(gè)周期擾動(dòng)使iL初值產(chǎn)生的增量， △IL為該周期結(jié)束時(shí)iL的變化量。

　　可見，要使系統(tǒng)穩(wěn)定，應(yīng)有△IL《 △I0，所以有D 《 0. 5 ;當(dāng)D 》 0. 5時(shí)，電路會(huì)出現(xiàn)次諧波振蕩，使電路不穩(wěn)定。消除諧波振蕩的技術(shù)是增加斜坡補(bǔ)償，即給Ic 增加一個(gè)負(fù)斜率的斜坡。增加斜坡補(bǔ)償后，新控制量斜率為- ma。增新的m′1= m1+ ma，新的m′2 = m2- ma，電感電流的波形如圖5所示，式2變?yōu)椋?/p>

　　α=（m2- ma）/（m1+ ma）（3）

　　通過(guò)設(shè)計(jì)合理的ma，可以使|α| 《 1 ，即系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定。一般取ma = 0. 75m2。

　　圖4　CCM模式下波形

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　　圖5　斜坡補(bǔ)償后波形

　　設(shè)計(jì)的斜坡補(bǔ)償電路采用CT上的峰峰值電壓信號(hào)作為斜坡補(bǔ)償?shù)妮斎胄盘?hào)，圖3中斜坡補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)原理電路由晶體管Q4，R8 ，R9 ，R10 ，R12 ，C5 ，C8組成，C5 為交流耦合電容，隔離腳4輸出振蕩信號(hào)中的直流分量。為減小定時(shí)電阻R13和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)之間相互影響，在振蕩器輸出和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)輸入之間增加了一級(jí)射極跟隨器。R8和R10組成分壓網(wǎng)絡(luò)，在UC3843的腳3獲得斜坡補(bǔ)償信號(hào)，同時(shí)R10和C8組成尖峰電流吸收器，濾除尖峰干擾信號(hào)。斜坡補(bǔ)償信號(hào)和電流檢測(cè)信號(hào)在UC3843的腳3處求和，實(shí)現(xiàn)了斜坡補(bǔ)償。

　　1. 3　調(diào)光電路設(shè)計(jì)

　　在UC3843內(nèi)部，電流檢測(cè)比較器的反向輸入端被內(nèi)置的齊納二極管鉗位在1V ，只要芯片腳3上的電壓達(dá)到1V ，端6關(guān)閉，立即使MOS管Q1關(guān)斷。因此可以通過(guò)控制腳3的輸入電壓值改變一個(gè)周期內(nèi)流過(guò)L ED的平均電流來(lái)對(duì)L ED進(jìn)行調(diào)光控制。圖3中由R14 ，R15 ，R16 ，R17 ，Q2和Q3組成。為使人眼感覺不到燈光的閃爍，取PWMD信號(hào)的頻率為100～200HZ。當(dāng)PWMD信號(hào)為高電平時(shí)， Q3 截止，UC3843的3腳的信號(hào)為電流檢測(cè)信號(hào)和斜坡補(bǔ)償信號(hào)之和，此時(shí)電路正常工作;當(dāng)PWMD信號(hào)為低電平時(shí)，Q3 導(dǎo)通，加在3腳處的電壓超過(guò)1V ，UC3843的輸出端6立即使MOS管截止。當(dāng)PWMD信號(hào)的占空比變化時(shí)，一個(gè)周期內(nèi)流過(guò)L ED的平均電流也發(fā)生變化，從而L ED輸出的光通量也發(fā)生變化，達(dá)到控制L ED亮度的目的。實(shí)際應(yīng)用中PWMD可以由具有PWM功能的簡(jiǎn)單的單片機(jī)產(chǎn)生。

　　2　試驗(yàn)結(jié)果

　　對(duì)設(shè)計(jì)出的驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)直流輸入為9. 5V ，輸出峰值電流為300mA ，定時(shí)電阻R13為10k ，定時(shí)電容為1nF ，驅(qū)動(dòng)一只1W大功率L ED時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果如下：當(dāng)PWMD引腳接高電平時(shí)，開關(guān)管柵極的電壓信號(hào)波形Vg（下方波形）和R12的電流檢測(cè)信號(hào)的波形Vs（CH1 ，上方波形）如圖6所示，L ED 兩端電壓Ve波形如圖7所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本符合理論值。

　　當(dāng)PWMD引腳接一頻率為100Hz ，占空比為50 %的脈寬信號(hào)時(shí)，觀察到L ED的亮度明顯降低，開關(guān)管柵極的電壓信號(hào)波形（CH1 ，上方波形）和流過(guò)限流電阻R12的電流檢測(cè)信號(hào)的波形（CH2 ，下方波形）如圖8所示?；痉侠碚摲治龅慕Y(jié)果，但是調(diào)光電路的瞬態(tài)響應(yīng)還不是很理想。

　　圖6　柵極電壓Vg和電流檢測(cè)信號(hào)Vs波形

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　　圖7　L ED兩端的電壓Ve波形

　　圖8　柵極電壓和電流檢測(cè)信號(hào)波形

　　3　結(jié)　論

　　采用UC3843設(shè)計(jì)的大功率L ED驅(qū)動(dòng)電路可以克服因電壓不穩(wěn)所引起的發(fā)光強(qiáng)度的變化，整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，響應(yīng)快速，穩(wěn)流性能好。通過(guò)PWM實(shí)現(xiàn)了調(diào)光控制，基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。電路還存在不足，調(diào)光部分瞬態(tài)響應(yīng)不是很理想，還有待進(jìn)一步改進(jìn)，下一步將著重做這方面研究。本電路可應(yīng)用于太陽(yáng)能照明系統(tǒng)中，也適用于AC/ DC的照明系統(tǒng)中。