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投影仪的LED光源驱动器的设计
来源:电子技术应用2011年第8期
顾 巍,张 龙
(万代开云棋牌官网在线客服元件(上海)有限公司,上海200070)
摘要:介绍了在采用LED做光源的投影仪中,如何设计LED光源的驱动电路。分析了负压型Buck电路的设计及PWM调光电路、短路保护、过压保护、环路测试等问题。
中图分类号:TN432
文献标识码:A
文章编号: 0258-7998(2011)08-0072-03
Design of LED driver used in projector
Gu Wei,Zhang Long
AOS Semiconductor Co., Ltd. (Shanghai),Shanghai 200070,China
Abstract:In this paper, the design of LED driver in projector is introduced. The topology of negative Buck converter, PWM dimming circuit, short circuit protection, over voltage protection and control loop test has been analyzed.
Key words :negative voltage Buck converter;LED driver;PWM dimming;short circuit protection;over voltage protection;test of control loop


目前,市面上投影机采用的光源主要为UHP灯、UHE灯、HID与LED灯。LED投影仪光源与前几种相比有以下优势:(1)光源寿命长,有效寿命为50 000 h;(2)体积小,使得投影产品更加便携化;(3)无预热时间;(4)可以很方便地进行各种形式多颗粒组合;(5)LED光源不含任何对人体有害的元素。随着LED光源技术的不断成熟,必然会成为投影机光源的发展趋势。本文重点介绍投影仪中LED光源驱动电路的设计。
1 LED投影机
LED投影机的光源一般是由高亮的红、绿、蓝三种颜色LED组成。电源采用可提供12 V~19 V直流输出的交流/直流适配器,此电压作为后级LED驱动电路的输入。为了产生较高的光通量,需要采用多颗LED串联或并联。由于在同样功率情况下,绿光光通量最高,红光其次,蓝光最低,因此,为了使各种颜色的光输出匹配,不同颜色的LED需要不同的数量,设计的LED驱动电路也不一样。
2 蓝光LED驱动电路
蓝光LED在相同电流条件下,产生的光通量较低,因此需要采用多颗LED才能与其他颜色光输出匹配。为了使每颗LED的电流一致,采用多颗LED串联方案。对于12 V的输入电压,由于多颗LED串联后要求的驱动电压高于输入,可以采用Boost电路或者负压型电路。本文介绍一种负压型的Buck电路。
2.1负压Buck变换器的原理
负压型Buck变换器的基本原理[1]如图1所示。与传统Buck变换器不一样,需将上分压电阻R1的上端作为虚拟地,输入电压接入芯片VIN和该虚拟地之间,芯片的GND是一个可调节的负输出电压。该电路的基本工作原理和Buck电路是一致的。在每一个开关周期开始时,高端MOSFET由时钟信号控制打开,电感通过VIN充电。当电流信息大于COMP端电压时,高端MOSFET关断,同时电感电流通过二极管续流。基于电感伏秒积平衡的原理,可得:

虽然式(2)在形式上和Buck-Boost变换器是一致的,但其本质上仍然是一个Buck变换器。因为该等式可以用另一种方式来解释:以虚拟地作为参考基准,该Buck变换器的输入电压为VIN-VO(VO是负值),输出电压为-VO。参考Buck变换器的输入电压和输出电压的关系,得到等式为:
(VIN-VO)×D=-VO (3)
事实上,式(2)和式(3)经过换算后是一致的。
2.2 LED驱动电路电路
AOZ1242是一款高效简单的3 A输出Buck变换器,可以用在多种不同的场合。其输入电压范围是4.5 V~32 V,工作频率恒定在370 kHz,内部NFET的内阻只有70 m?赘。经过简单变换,该Buck芯片可以做成LED驱动电路,如图2所示。由于需采用恒流控制替代恒压控制,下分压电阻R2处改用检流电阻Rsen来检测LED电流。上分压电阻R1则不再使用,直接由输入接入LED正端,LED负端连接到检流电阻Rsen上端。LED串联的电压是VIN-VOUT。由于VOUT是负值,加在LED串上的驱动电压高于输入电压。

2.3 PWM调光
在LED和检流电阻Rsen之间加入一个MOSFET。由于LED的亮度随着电流的变化而改变,通过控制MOSFET的导通占空比,可改变LED的平均电流,从而达到改变LED亮度变化的目的。需要注意的是,当进行PWM调光时,Q2关断瞬间Rsen上无电流流过,此时输出电压必须由过压保护限制,这样就会造成输出电容上的电压上下波动。采用同步的PWM信号,可同时控制EN端和Q2的门极,但如果芯片软启动时间较长则不适用。本文介绍一种简单高效的PWM调光方式,如图3所示。COMP端接一正向导通压降较低的二极管的正端D5,当PWM信号高时,对COMP电压不产生影响;当PWM信号低时,拉低COMP端电压,从而停止芯片的PWM开关。从图4可以看出,在5%~100%占空比情况下,LED平均电流具有很好的线性度。

2.4 过压保护电路和短路保护电路
过压保护:当电路的输出端开路时,电流环不再工作。此时,输出电压由稳压管Z1、电阻Rz和Rsen控制,其稳定电压值为VZ+VFB。一般情况下,该值需要大于LED串联电压值,否则LED无法得到期望电流。过压保护电路如图5所示。


短路保护: 为了防止LED串短路对电路造成损坏,可以加入短路保护电路。当LED串短路时,Rsen上会产生一较高电压,三极管Q触发导通。MOSFET的门极电压变为低电平,MOSFET关断。短路保护电路如图6所示。

2.5 控制环路测试[2]
由于LED驱动电路不同于一般的开关电源电路,无法在上分压电阻处加入扰动信号,因此,必须借助于一个运算放大器来测量LED驱动电路的环路。因为运放的输出端是低阻,芯片的FB端是高阻,所以可以在运放输出端和FB之间加入100 ?赘电阻,如图7所示。

2.6 蓝光LED驱动电路设计实例
设计要求:输入电压12 V,负载为6个LED串联,输出电流1 A。
采用如图8所示的负压型Buck电路作为LED驱动。通过改变Q2门极PWM驱动信号的占空比,实现LED调光的目的。

在12 V输入电压条件下,采用负压型的Buck电路可以实现对6个串联LED的驱动,并且该电路具有短路保护、过压保护、PWM调光等功能。相对于专有的大功率LED升压驱动芯片方案,负压型Buck驱动方案性价比更高。

参考文献
[1] 刘松,丁颖.汽车电子系统中负压变换器的设计[J].电子设计应用,2009(4):107-109.
[2] 刘松,张龙,顾巍.基于降压转换器的LED驱动器反馈环路设计及测试[J].电子设计应用,2009(6):58-59.

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