amuse基于LM2596-ADJ DCDC稳压器的高效率恒流稳压电源设计

2021年1月28日发(作者：olina)

基于

LM2596-ADJ DC/DC

稳压器 的

高效率恒流稳压电源设计

开关恒流稳压电源

LED

DC/DC

当前全球能源紧缺日益 加剧，制约着经济的发展，节能成为人类面临的重要课题。在照明领域，被称为第

4

代

照明光源或绿色光源的

LED

照明产品以节能、环保、寿命长、体积小、坚固耐用等特点吸引着世人的目光。

由于

LED

的伏安特性呈现非线性且 伏安特性具有负温度系数的特点，以及生产工艺和生产水平的差异，不

同生产厂家生产的 同样功率等级的大功率

LED

伏安特性存在差异，即使是同一 厂家生产的同一批次的

LED

，个

体间 的正向压降也存在一定差异等原因，为了减少

LED

的光衰，延长

LED

的使用寿命，

LED

的驱动电源采用 低

压直流恒流电源。目前，安森美、

TI

等世界知名半导体器件公司均推出了适合

LED

驱动的

DC/DC

专用恒流控

制集成电路，

< p>
如

NCP3066

、

TP S40211DG

等，该类集成电路具有较高的转换效率，但该类集成电路价格相对较

高，市面上不易购买。针对该问题，本文阐述了基于市面常用的

DC/DC

开关稳压器的恒流稳压电源的通用设计

方法，并给 出相关设计实例以及相关测试数据。

1

基于

DC/DC

稳压器的恒流稳压电源设计

DC/DC

开关稳压器自问世以来 ，广泛应用于各种电子设备中，用作恒压源，当负载电流在额定范围内变化

时，其输出电 压保持不变。

DC/DC

开关稳压器的原理框图如图

1

所示。

图

1 DC/DC

开关稳压器原理框图

DC/DC

开关稳压器输出电压：

< p>
其中

Vref

为

DC/D C

开关稳压器内部自带的基准电压或者用户外接的基准电压，

R1

、

R2

构成输出电压采样电

路，用于设置输出电压的大小。当输出电压

Vout

< br>因负载变化而变化时，反馈电压

Vf

也随着变化，

DC/DC

稳压

器内部的控制电路根据反馈 电压

Vf

（采样电压）与

Vref

差值的大小来适当调整功率变换电路的控制参数（如

PWM

的占空比等），使输出电压稳定在一个固定的值，达到稳压的目的。

恒流源和恒压源在电路上的差别反 应在两者的采样电路采集的对象不一样。恒压源为了保持输出电压的恒

定，需要实时对输 出电压跟踪、控制，在负载变化的情况下使输出电压不随负载的变化而变化，而恒流源是指

在负载变化的情况下，稳压器能根据负载的变化相应调整输出电压，保持输出电流不变，恒流源采样电路采集< /p>

的是输出的电流信号，但实际上采集的是经过

I/V

< p>
转换后反应电流大小的电压信号，因此，把输出的电流信号

转换成电压信号 ，输入到

DC/DC

开关稳压器的反馈引脚，就能实现恒压源 到恒流源的转变，如图

2

所示。

图

2 DC/DC

开关恒流源原理框图

DC/DC

开关恒流驱动基于可调输出的

DC/DC

开关稳压器设计，即输出电压采样电路外置的

DC/DC

开关稳

压器设计的，而固定输出的开关稳压器是不能设计成恒流源的 。无论是功率管集成的还是外置的可调输出的

DC/DC

开关 稳压器，均可设计成恒流源。实质上，固定电压输出的

DC/DC

开关稳压器是其内部集成了电压采样

电路，对外没有设置反馈引脚，电流反馈信号无 法引入误差放大电路，从而不能设计成恒流源。

在图

2

中，恒流源输出电流值：

由于

Vref

为定值，改变

Rs

即可改变输出电流值。恒流原理用式（

1

）、（

2

）来说明。

从式（

1

） 、（

2

）看出，采样电阻

RS

将电流的变化转化为电压的变化，

DC/DC

开关稳压器根据变化的量，通

过调整相关控制参数，调节其输出电压，从而达到 恒流的目的。

2

改进方案

DC/DC

开关稳压器内部集成的常见的基准电压有

1.23 V

、

1.25 V

、

2.5 V

和

5 V

等，若按图

2

所示，设计

< p>
成恒流源给工作电流为

350 mA

的单颗

1 W

的白光

LED

供电时，以准电压为

Vref=1.23 V

为例，采样电阻上的

损耗为

1.23×

0.35=0.430 5 W

，忽略

DC/DC

变换器及其他损耗，

电源的最高效率为：

若为工作电流为

700 mA

的单颗

3 W

的白光

LED

供电时，采样电阻上的 损耗则更大。为了降低功耗，提高效

率，应该尽量选用小阻值采样电阻，但采用小阻值的 采样电阻后，图

2

中的反馈电压

Vr ef

变小，输出电流不能

达到理想值，为了满足需求，提高电路 对输出电流变化进行控制的灵敏度，提高恒流精度，需要增加放大电路

对采样信号放大， 如图

3

所示。

图

3

改进的

DC/DC

开关恒流源原理框图

当电路进入恒流工作状态时，输出电流

Iout

满足式（

3

）：

< p>

一般来说，运算放大器的增益都能做到很大， 这样电路中就可以采用很小的采样电阻，从而达到降低损耗、提

高效率的目的。假设采样 电阻采用

0.1 Ω

，

同样为工作电流为

350 mA

的单颗

1 W

的白光

LED

供电时，在采样

电阻上的损耗为

0.012 25 W.

一般 来说，通用的运算放大器的工作电流和最大工作电压分别在

1 mA

和

30 V

左

右，加上运算放大器及其附属电路的损耗，增加的电路的总损耗大约

0.05 W

左右，忽略

DC/DC

变换器及其他

损耗，效率最高可达：

效率明显提高。

将式（

3

）变换得出：

由式（

4

）可以看出，合理设置电阻

Rf

、

R1

和

Rs

的值，即可获得所需的输出电流值，并能获得理想的效率。