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摘要：运用LED线性驱动芯片NUD4001设计了LED线性驱动电路，可靠而稳定的驱动电路是LED照明的关键，分析了电路的工作原理，并重点提出了包括LED驱动部分和PWM调光部分的详细设计方案。并对电路进行了相关参数的测试。结果表明，该驱动电路具有PWM线性度良好，性能稳定，纹波电流小，体积紧凑等优点。
关键词：恒流驱动；LED照明；线性驱动
NUD4001是安森美公司的线性大功率LED恒流驱动芯片，它的输入电压最大可达30Ｖ，输出最大电流可达500ｍＡ，静电防护电压可达1000Ｖ。NUD4001的内部结构如图1所示，它通过连接在第1引脚和第3引脚之间的电阻Ｒext来设置输出电流的大小。输出电流Ｉout＝0.7/Ｒext，从芯片的５~８引脚同时输出。芯片的第２引脚为扩流用。该芯片外围需的元件非常少，特别适用于手持设备、汽车照明及电路所需空间紧凑的场合。
图1 NUD4001芯片内部结构
1、恒流驱动电路设计
NUD4001的恒流驱动电路如图2所示，12V的直流电源通过芯片和扩流电路驱动３个标称功率为2Ｗ 的大功率LED，驱动电流为600ｍＡ。图中Ｒ4连接NUD4001的Ｖin和Ｒext端，用于设置芯片的输出驱动电流。根据芯片说明Ｒ4＝0.7（Ｖ）÷0.6（Ａ）＝1.17Ω，这里取1.2Ω。由于 NUD4001最大输出电流为500ｍＡ，因此需要增加扩流电路来增大输出电流。D1、Q2和电阻Ｒ3组成了扩流电路。此时NUD4001芯片作为控制器控制流过大功率三极管TIP32的电流。二极管D1和电阻R3用于提供三极管的基极电流，二极管D1上的压降使了三极管的基极和发射极之间有足够大的导通电压，保证三极管工作在导通状态。三极管工作时，将承担绝大部分的LED驱动电流，需要安装散热片。Q1为NPN二极管2N2222，用于驱动电路的PWM调光。当PWM信号输入为高电平时，二极管Q1导通，NUD4001的接地端连接到地，芯片正常工作，向LED输出驱动电流；当PWM信号为低电平时，Q1截止，NUD4001的GND端连接到高电平，芯片停止工作LED的驱动电流被关断。通过调整PWM 信号单位周期内的导通时间，即调整占空比就可以控制LED的平均驱动电流了。电阻R5连接LED的输入与地之间，他的作用是，当LED迅速关断时，让电路中电容的电荷从R5迅速放电，避免了LED关断后的余辉效应，使PWM 的调光更准确。
图2 NUD4001恒流驱动电路
2、PWM波形发生电路
PWM波形发生电路如图3所示。采用常用的定时芯片NE555和外围电路连接成多谐振荡器。电阻R6、R7和电容C3组成RC充放电回路，电容C3的电压在NE555的２个内部比较器的基准电平之间反复振荡。从NE555的第３引脚输出高低电平的方波。由于RC充放电回路中分别接入了2个二极管D2和D3，使得RC充放电电流分别流过不同的路径。通过调节电位器R7的阻值，就可以同时调整电容C3的充、放电时间常数，从而调整NE555输出方波的高电平和低电平时长，即调整波形的占空比。由于电容C3充放电电流过的电阻总阻值不变，因此电路充放电的总时间长度不变，即输出方波的周期不变，为T＝（R6＋R7）C3ln2。
PWM波形频率的选取需要折中考虑２个方面，如果频率太低，则人眼会感觉到LED灯光的闪烁，频率至少要大于50Hz；若频率太高，则会对电路产生额外的EMI干扰。这里选取R6＝1KΩ，R7＝50KΩ，电容C3＝0.1μF，NE555输出的 PWM信号频率为ｆ＝1/（R6＋R7）C3ln2＝9Hz。满足上述要求。
图3 PWM波形发生电路
3、实验测量
当LED点亮，输出100％的电流时，测量得：电源输入电压为直流12Ｖ，输入电流为773ｍＡ，3个并联的LED电压为10.41Ｖ，流过LED的电流为636ｍＡ。驱动电路自身功耗约为：12×0.773-10.41×0.636＝2.6Ｗ，效率为71.4％。观测NE555产生的PWM 波形和NUD4001的输出波形如图4所示。图中，上面的波形为NE555产生的PWM波，下面的为NUD4001输出给LED的电压波形图。从图中看出，当PWM为高电平时，NUD4001的第４引脚接地，NUD4001正常工作；当PWM 为低电平时，NUD4001的GND端相当于悬空，不输出电流，与前面的分析一致。
图4WPM 信号波形和NUD4001输出波形
4、结语
重点介绍了基于NUD4001芯片的LED线性驱动电路设计。用TIP32功率三极管放大LED的驱动电流，用NE555芯片产生PWM 调光信号。对电路参数进行了测量，结果表明LED的平均驱动电流与PWM信号的占空比呈现很好的线性关系。与开关型驱动电路相比，LED线性
驱动电路在效率上不具备优势，但线性驱动的噪声和纹波电流更小，电路所用的元器件也更少，电路结构更简单，体积更小，成本更低。该电路经过适当改进，可适用于需要结构紧凑、对干扰噪声要求严格、低成本及手持设备等场合。
参考文献:
［1］沙占友．LED照明驱动电源优化设计［M］．北京：中国电力出版社，2012：
［2］RONK,CAROLL.LED电源设计权威指南［Ｍ］．北京：人民邮电出版社，2012
论文作者:李岩
论文发表刊物:《科技中国》2016年5期
论文发表时间:2016/7/26
标签：电路论文; 电流论文; 波形论文; 芯片论文; 线性论文; 调光论文; 电压论文; 《科技中国》2016年5期论文;