作者簡(jiǎn)介：劉婷婷（1971-），女，廣東省科技職業(yè)技術(shù)學(xué)校講師，研究方向：電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)，電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)。

摘要：目前，因?yàn)長(zhǎng)ED燈綠色環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)讓它在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，它是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后新的照明革命。該文指出，利用性價(jià)比高的ACT111設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路，功能易于實(shí)現(xiàn)，并能大量應(yīng)用于各種場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：LED照明技術(shù)；ACT111；LED驅(qū)動(dòng)電路；恒流電路。

中圖分類號(hào):G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：1005-1422（2014）06-0099-03一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生活水平的逐步提高，大量微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，半導(dǎo)體制作工藝日趨成熟，導(dǎo)致 LED技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力、醫(yī)療衛(wèi)生、民政、工商稅務(wù)、政法系統(tǒng)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)生活中。研究資料表明，由于LED是冷光源，半導(dǎo)體自身對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染，與一般白熾燈相比，節(jié)電效率可以達(dá)到90%以上，同樣亮度下，采用LED耗電量是白熾燈的1/10。同時(shí)，它采用直流驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有頻閃，沒(méi)有紅外與紫外的成分，沒(méi)有輻射污染，顯色性高并且有很強(qiáng)的發(fā)光方向性，調(diào)光性能好，不容易產(chǎn)生視覺(jué)誤差，這些優(yōu)點(diǎn)讓LED在各種領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

二、電路的設(shè)計(jì)

目前LED發(fā)展一般都存在成本高的問(wèn)題，它的價(jià)格一般是白熾燈價(jià)格的幾十倍；其次是它的電壓匹配方面，LED不可以直接連接在220V的交流市電，LED一般都是幾伏的低電壓驅(qū)動(dòng)，就必須配置一個(gè)復(fù)雜的變換電路，即電源適配器。本次設(shè)計(jì)是一款基于ACT111的LED驅(qū)動(dòng)電路，它包括整流濾波部分，降壓—升壓型轉(zhuǎn)換電路以及取樣電路。整機(jī)電路如圖1所示。

圖1基于ACT111的驅(qū)動(dòng)電路

1.驅(qū)動(dòng)IC的選擇

在設(shè)計(jì)這樣一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，我們得考慮電路的成本，所以選擇IC的理由主要是所謂的性價(jià)比，從IC的內(nèi)部開(kāi)關(guān)管來(lái)分主要有內(nèi)置NPN和MOSFET之分。我們知道內(nèi)置開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通電阻越小，則其導(dǎo)通損耗就越小，同時(shí)因?yàn)闊麸梼?nèi)部空間小而對(duì)使用的電感與電容的體積有一定的要求，因此希望選擇的IC的工作頻率要高一些，這樣就可以使用較小的電感和電容。同時(shí)IC的封裝尺寸小一些也有利于PCB板的排版。通過(guò)查閱資料得知ACT111的輸入電壓調(diào)節(jié)范圍是4.5～30V，這使得采用ACT111的驅(qū)動(dòng)電路能提供很寬的驅(qū)動(dòng)電流范圍，內(nèi)部采用N溝道MOSFET管，導(dǎo)通電阻只有0.3歐，采用SOT23-6的封裝形式，體伿小。另外，它的開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)1.4兆赫茲，可以采用小尺寸的電感和電容。效率高達(dá)90%，但價(jià)格僅是0.23元一只。綜合以上參數(shù)，選擇ACT111有比較大的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，這是降低成本的重要因素。

（1）ACT111的管腳分布與內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ACT111的管腳分布與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，ACT111是電流模式降壓式，無(wú)需外部補(bǔ)償元件，具有1.5A的LED驅(qū)動(dòng)電流能力，它的輸入電壓范圍大。其內(nèi)部包括一個(gè)PWM控制電路，一個(gè)高精度的電壓基準(zhǔn)，一個(gè)振蕩器和一個(gè)誤差放大器，具有內(nèi)部補(bǔ)償功能，內(nèi)置低導(dǎo)通電阻的N溝道MOSFET。利用LED串聯(lián)回路的檢測(cè)電阻進(jìn)行取樣，具有高精度性，反饋電壓只有0.1V，極大的提高了轉(zhuǎn)換器的效率。

圖2ACT管腳分布

圖3ACT111內(nèi)部功能框圖

（2）ACT111的功能描述

管腳號(hào)管腳名稱功能描述1SW內(nèi)置N溝道MOSFET的源極輸出端，外部用來(lái)與功率電感器連接。2IN電源輸入端。在這個(gè)引腳對(duì)GND端需連接一個(gè)1μF的瓷片電容作旁路電容，焊接時(shí)盡量和靠近該引腳和接地端。3DIMPWM調(diào)光信號(hào)輸入端。將該腳空著時(shí)，起調(diào)光作用，當(dāng)將該腳接地時(shí)，器件停止工作。4FBLED電流反饋調(diào)節(jié)輸入端，該端的反饋的電壓為0.1V，LED檢測(cè)電流通過(guò)外部電阻R2連接到GND，將檢測(cè)電阻上的電壓反饋連接到該引腳。5GND接地端。6BST自舉端。該引腳給內(nèi)部N溝道MOSFET的柵極提供驅(qū)動(dòng)電壓，該端與SW端使用一顆001μF的電容。

2.整流濾波電路的設(shè)計(jì)

一般的整流電路，通常都是采用四個(gè)二極管進(jìn)行橋式整流，如圖4所示。但我們知道，在設(shè)計(jì)LED的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，占空間不能太大，因此對(duì)電路的布局有一定的限制，而在結(jié)構(gòu)上因?yàn)椴捎昧私祲骸龎耗Ｊ綄?dǎo)致了轉(zhuǎn)換效率的降低，在電路中如果采用MOSFET管可以補(bǔ)償功率損耗，因此，在設(shè)計(jì)該整流電路時(shí)上面兩個(gè)采用肖基特二極管VD1與VD2，下面兩個(gè)采用了N溝道MOSFET管。在這里，最好不要全采用MOSFET管，主要原因是成本高，而且參數(shù)一旦選擇不合理，便容易燒壞管子。改良后的整流濾波電路如圖5所示。

輸入側(cè)MOSFET管整流工作原理為：假設(shè)輸入為50Hz、12V的交流電源時(shí)，如果上端為正，則輸入電壓經(jīng)VD1→C1（負(fù)載）→V2源極（S）→V2

圖4由四個(gè)二極管駔成的整流電路

圖5由兩個(gè)肖基特二極管及N溝道MOSFET管組成的整流電路

漏極（D）→輸入電壓的另一端構(gòu)成MOSFET管整流回路；如果輸入下端為正時(shí)，則輸入電壓經(jīng)VD2→C1（負(fù)載）→V1源極（S）→V1漏極（D）→輸入電壓的另一端構(gòu)成MOSFET管整流回路。MOSFET管V1、V2的驅(qū)動(dòng)電壓直接取自輸入電壓。若輸入端采用直流12V電壓時(shí)，不管哪端為正電壓，V1、V2的柵極都有導(dǎo)通的可能，這樣也可以完成整流的作用。通過(guò)測(cè)量相關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)這樣的改動(dòng)可以提高燈具的效率。

為保證LED在整個(gè)交流周期內(nèi)正常工作，所以在整流橋的輸出端并聯(lián)了濾波電容來(lái)限制輸出電壓的紋波，濾波電容C1可選一個(gè)330μF的鉭電容。 如果選用一般的鋁電解電容，在ACT111的IN端與GND地端用短而粗的線再并聯(lián)一個(gè)1μF的瓷片電容，以盡可能減低ESR阻抗。

3.ACT111的降壓—升壓電路

當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓在6～12V之間變化時(shí)，那么輸出需要3個(gè)或以上的LED燈，如果輸出的LED燈是串聯(lián)形式，假設(shè)每個(gè)燈的UF=3.5V,則需要串聯(lián)三個(gè)LED燈，總的UF為10.5V，但是在ACT111內(nèi)部原有電路為降壓式，如此一來(lái)就不能帶動(dòng)三個(gè)LED燈了。所以在ACT111的SW端，增加了一個(gè)升壓的電路環(huán)節(jié)，如圖6所示。但升壓轉(zhuǎn)換存在一個(gè)斷續(xù)輸出電流，因?yàn)檫@種原因要保持輸出電壓和輸出電流連續(xù)必須加入輸出電容，這個(gè)電容要求能承載電壓調(diào)節(jié)，濾波和負(fù)載瞬變期間（比方說(shuō)調(diào)光時(shí)）保持電壓穩(wěn)定的作用。一般來(lái)說(shuō)，從低成本方面來(lái)考慮，就需要小的輸出電容值，但從低紋波電流的要求來(lái)說(shuō)又需要大的電容，所以在選擇這個(gè)電容時(shí)，盡可以考慮滿足紋波電流條件的小體積電容。本電路中選擇47μF的電容作為輸出電容。

圖6ACT111的降壓—升壓電路模式

升壓電路由R3、VD4、V3、L1等幾個(gè)元器件組成，而ACT111的SW端與內(nèi)部開(kāi)關(guān)管組成了降壓電路。當(dāng)輸入電壓小于輸出電壓時(shí)，電路進(jìn)入升壓工作模式以滿足輸出電壓的要求。當(dāng)輸入電壓大于輸出電壓時(shí)，因?yàn)锳CT111的SW端與內(nèi)部開(kāi)關(guān)管組成的降壓電路會(huì)自動(dòng)進(jìn)入降壓模式，同樣能滿足輸出電壓的需求。增加這個(gè)環(huán)節(jié)的缺點(diǎn)是整體轉(zhuǎn)換效率有所降低，也增加了幾個(gè)元件，導(dǎo)致排版電路時(shí)要合理的布局。

在設(shè)計(jì)時(shí)，電感L1的大小是電路中的關(guān)鍵，從理論上講電感量越大，恒流精度越高，本電路中因?yàn)榭紤]到體積與成本因素，選擇了10μH的電感。取樣電路由ACT111的FB端與電阻R1、R2組成， FB端反饋電壓與內(nèi)部精確的基準(zhǔn)電壓作比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，因此LED工作電流的精度由與它串聯(lián)的R1、R2的精度決定。R2為取樣電阻，本電路中選擇0.1歐的阻值。焊接電路時(shí)，取樣電阻考慮大小為0.1/ILED即可，ILED是希望得到的輸出電流值，0.1是ACT111 FB端的反饋電壓大小，VD3是續(xù)流二極管。

三、 電路的改進(jìn)

為了達(dá)到更好的性能，在排版電路時(shí)，一定要優(yōu)化元器件的排列。首先，輸入電容C2應(yīng)放在IN與地之間，并且用短而粗的線連接。其次，續(xù)流二極管與回流電感盡量靠近FB端，以減少該端產(chǎn)生的振蕩現(xiàn)象。同時(shí)取樣電阻R2盡量靠近FB端,否則會(huì)引起反饋電壓失真。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉祖明.LED芯片及驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用速查［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［2］張慶雙主編.LED應(yīng)用電路精選［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］路秋生主編.開(kāi)關(guān)電源技術(shù)與典型應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

責(zé)任編輯 朱守鋰

作者簡(jiǎn)介：劉婷婷（1971-），女，廣東省科技職業(yè)技術(shù)學(xué)校講師，研究方向：電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)，電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)。

摘要：目前，因?yàn)長(zhǎng)ED燈綠色環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)讓它在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，它是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后新的照明革命。該文指出，利用性價(jià)比高的ACT111設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路，功能易于實(shí)現(xiàn)，并能大量應(yīng)用于各種場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：LED照明技術(shù)；ACT111；LED驅(qū)動(dòng)電路；恒流電路。

中圖分類號(hào):G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：1005-1422（2014）06-0099-03一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生活水平的逐步提高，大量微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，半導(dǎo)體制作工藝日趨成熟，導(dǎo)致 LED技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力、醫(yī)療衛(wèi)生、民政、工商稅務(wù)、政法系統(tǒng)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)生活中。研究資料表明，由于LED是冷光源，半導(dǎo)體自身對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染，與一般白熾燈相比，節(jié)電效率可以達(dá)到90%以上，同樣亮度下，采用LED耗電量是白熾燈的1/10。同時(shí)，它采用直流驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有頻閃，沒(méi)有紅外與紫外的成分，沒(méi)有輻射污染，顯色性高并且有很強(qiáng)的發(fā)光方向性，調(diào)光性能好，不容易產(chǎn)生視覺(jué)誤差，這些優(yōu)點(diǎn)讓LED在各種領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

二、電路的設(shè)計(jì)

目前LED發(fā)展一般都存在成本高的問(wèn)題，它的價(jià)格一般是白熾燈價(jià)格的幾十倍；其次是它的電壓匹配方面，LED不可以直接連接在220V的交流市電，LED一般都是幾伏的低電壓驅(qū)動(dòng)，就必須配置一個(gè)復(fù)雜的變換電路，即電源適配器。本次設(shè)計(jì)是一款基于ACT111的LED驅(qū)動(dòng)電路，它包括整流濾波部分，降壓—升壓型轉(zhuǎn)換電路以及取樣電路。整機(jī)電路如圖1所示。

圖1基于ACT111的驅(qū)動(dòng)電路

1.驅(qū)動(dòng)IC的選擇

在設(shè)計(jì)這樣一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，我們得考慮電路的成本，所以選擇IC的理由主要是所謂的性價(jià)比，從IC的內(nèi)部開(kāi)關(guān)管來(lái)分主要有內(nèi)置NPN和MOSFET之分。我們知道內(nèi)置開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通電阻越小，則其導(dǎo)通損耗就越小，同時(shí)因?yàn)闊麸梼?nèi)部空間小而對(duì)使用的電感與電容的體積有一定的要求，因此希望選擇的IC的工作頻率要高一些，這樣就可以使用較小的電感和電容。同時(shí)IC的封裝尺寸小一些也有利于PCB板的排版。通過(guò)查閱資料得知ACT111的輸入電壓調(diào)節(jié)范圍是4.5～30V，這使得采用ACT111的驅(qū)動(dòng)電路能提供很寬的驅(qū)動(dòng)電流范圍，內(nèi)部采用N溝道MOSFET管，導(dǎo)通電阻只有0.3歐，采用SOT23-6的封裝形式，體伿小。另外，它的開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)1.4兆赫茲，可以采用小尺寸的電感和電容。效率高達(dá)90%，但價(jià)格僅是0.23元一只。綜合以上參數(shù)，選擇ACT111有比較大的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，這是降低成本的重要因素。

（1）ACT111的管腳分布與內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ACT111的管腳分布與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，ACT111是電流模式降壓式，無(wú)需外部補(bǔ)償元件，具有1.5A的LED驅(qū)動(dòng)電流能力，它的輸入電壓范圍大。其內(nèi)部包括一個(gè)PWM控制電路，一個(gè)高精度的電壓基準(zhǔn)，一個(gè)振蕩器和一個(gè)誤差放大器，具有內(nèi)部補(bǔ)償功能，內(nèi)置低導(dǎo)通電阻的N溝道MOSFET。利用LED串聯(lián)回路的檢測(cè)電阻進(jìn)行取樣，具有高精度性，反饋電壓只有0.1V，極大的提高了轉(zhuǎn)換器的效率。

圖2ACT管腳分布

圖3ACT111內(nèi)部功能框圖

（2）ACT111的功能描述

管腳號(hào)管腳名稱功能描述1SW內(nèi)置N溝道MOSFET的源極輸出端，外部用來(lái)與功率電感器連接。2IN電源輸入端。在這個(gè)引腳對(duì)GND端需連接一個(gè)1μF的瓷片電容作旁路電容，焊接時(shí)盡量和靠近該引腳和接地端。3DIMPWM調(diào)光信號(hào)輸入端。將該腳空著時(shí)，起調(diào)光作用，當(dāng)將該腳接地時(shí)，器件停止工作。4FBLED電流反饋調(diào)節(jié)輸入端，該端的反饋的電壓為0.1V，LED檢測(cè)電流通過(guò)外部電阻R2連接到GND，將檢測(cè)電阻上的電壓反饋連接到該引腳。5GND接地端。6BST自舉端。該引腳給內(nèi)部N溝道MOSFET的柵極提供驅(qū)動(dòng)電壓，該端與SW端使用一顆001μF的電容。

2.整流濾波電路的設(shè)計(jì)

一般的整流電路，通常都是采用四個(gè)二極管進(jìn)行橋式整流，如圖4所示。但我們知道，在設(shè)計(jì)LED的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，占空間不能太大，因此對(duì)電路的布局有一定的限制，而在結(jié)構(gòu)上因?yàn)椴捎昧私祲骸龎耗Ｊ綄?dǎo)致了轉(zhuǎn)換效率的降低，在電路中如果采用MOSFET管可以補(bǔ)償功率損耗，因此，在設(shè)計(jì)該整流電路時(shí)上面兩個(gè)采用肖基特二極管VD1與VD2，下面兩個(gè)采用了N溝道MOSFET管。在這里，最好不要全采用MOSFET管，主要原因是成本高，而且參數(shù)一旦選擇不合理，便容易燒壞管子。改良后的整流濾波電路如圖5所示。

輸入側(cè)MOSFET管整流工作原理為：假設(shè)輸入為50Hz、12V的交流電源時(shí)，如果上端為正，則輸入電壓經(jīng)VD1→C1（負(fù)載）→V2源極（S）→V2

圖4由四個(gè)二極管駔成的整流電路

圖5由兩個(gè)肖基特二極管及N溝道MOSFET管組成的整流電路

漏極（D）→輸入電壓的另一端構(gòu)成MOSFET管整流回路；如果輸入下端為正時(shí)，則輸入電壓經(jīng)VD2→C1（負(fù)載）→V1源極（S）→V1漏極（D）→輸入電壓的另一端構(gòu)成MOSFET管整流回路。MOSFET管V1、V2的驅(qū)動(dòng)電壓直接取自輸入電壓。若輸入端采用直流12V電壓時(shí)，不管哪端為正電壓，V1、V2的柵極都有導(dǎo)通的可能，這樣也可以完成整流的作用。通過(guò)測(cè)量相關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)這樣的改動(dòng)可以提高燈具的效率。

為保證LED在整個(gè)交流周期內(nèi)正常工作，所以在整流橋的輸出端并聯(lián)了濾波電容來(lái)限制輸出電壓的紋波，濾波電容C1可選一個(gè)330μF的鉭電容。 如果選用一般的鋁電解電容，在ACT111的IN端與GND地端用短而粗的線再并聯(lián)一個(gè)1μF的瓷片電容，以盡可能減低ESR阻抗。

3.ACT111的降壓—升壓電路

當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓在6～12V之間變化時(shí)，那么輸出需要3個(gè)或以上的LED燈，如果輸出的LED燈是串聯(lián)形式，假設(shè)每個(gè)燈的UF=3.5V,則需要串聯(lián)三個(gè)LED燈，總的UF為10.5V，但是在ACT111內(nèi)部原有電路為降壓式，如此一來(lái)就不能帶動(dòng)三個(gè)LED燈了。所以在ACT111的SW端，增加了一個(gè)升壓的電路環(huán)節(jié)，如圖6所示。但升壓轉(zhuǎn)換存在一個(gè)斷續(xù)輸出電流，因?yàn)檫@種原因要保持輸出電壓和輸出電流連續(xù)必須加入輸出電容，這個(gè)電容要求能承載電壓調(diào)節(jié)，濾波和負(fù)載瞬變期間（比方說(shuō)調(diào)光時(shí)）保持電壓穩(wěn)定的作用。一般來(lái)說(shuō)，從低成本方面來(lái)考慮，就需要小的輸出電容值，但從低紋波電流的要求來(lái)說(shuō)又需要大的電容，所以在選擇這個(gè)電容時(shí)，盡可以考慮滿足紋波電流條件的小體積電容。本電路中選擇47μF的電容作為輸出電容。

圖6ACT111的降壓—升壓電路模式

升壓電路由R3、VD4、V3、L1等幾個(gè)元器件組成，而ACT111的SW端與內(nèi)部開(kāi)關(guān)管組成了降壓電路。當(dāng)輸入電壓小于輸出電壓時(shí)，電路進(jìn)入升壓工作模式以滿足輸出電壓的要求。當(dāng)輸入電壓大于輸出電壓時(shí)，因?yàn)锳CT111的SW端與內(nèi)部開(kāi)關(guān)管組成的降壓電路會(huì)自動(dòng)進(jìn)入降壓模式，同樣能滿足輸出電壓的需求。增加這個(gè)環(huán)節(jié)的缺點(diǎn)是整體轉(zhuǎn)換效率有所降低，也增加了幾個(gè)元件，導(dǎo)致排版電路時(shí)要合理的布局。

在設(shè)計(jì)時(shí)，電感L1的大小是電路中的關(guān)鍵，從理論上講電感量越大，恒流精度越高，本電路中因?yàn)榭紤]到體積與成本因素，選擇了10μH的電感。取樣電路由ACT111的FB端與電阻R1、R2組成， FB端反饋電壓與內(nèi)部精確的基準(zhǔn)電壓作比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，因此LED工作電流的精度由與它串聯(lián)的R1、R2的精度決定。R2為取樣電阻，本電路中選擇0.1歐的阻值。焊接電路時(shí)，取樣電阻考慮大小為0.1/ILED即可，ILED是希望得到的輸出電流值，0.1是ACT111 FB端的反饋電壓大小，VD3是續(xù)流二極管。

三、 電路的改進(jìn)

為了達(dá)到更好的性能，在排版電路時(shí)，一定要優(yōu)化元器件的排列。首先，輸入電容C2應(yīng)放在IN與地之間，并且用短而粗的線連接。其次，續(xù)流二極管與回流電感盡量靠近FB端，以減少該端產(chǎn)生的振蕩現(xiàn)象。同時(shí)取樣電阻R2盡量靠近FB端,否則會(huì)引起反饋電壓失真。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉祖明.LED芯片及驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用速查［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［2］張慶雙主編.LED應(yīng)用電路精選［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］路秋生主編.開(kāi)關(guān)電源技術(shù)與典型應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

責(zé)任編輯 朱守鋰

作者簡(jiǎn)介：劉婷婷（1971-），女，廣東省科技職業(yè)技術(shù)學(xué)校講師，研究方向：電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)，電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)。

摘要：目前，因?yàn)長(zhǎng)ED燈綠色環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)讓它在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，它是人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后新的照明革命。該文指出，利用性價(jià)比高的ACT111設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路，功能易于實(shí)現(xiàn)，并能大量應(yīng)用于各種場(chǎng)合。

關(guān)鍵詞：LED照明技術(shù)；ACT111；LED驅(qū)動(dòng)電路；恒流電路。

中圖分類號(hào):G712文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào)：1005-1422（2014）06-0099-03一、引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，生活水平的逐步提高，大量微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，半導(dǎo)體制作工藝日趨成熟，導(dǎo)致 LED技術(shù)廣泛應(yīng)用于電力、醫(yī)療衛(wèi)生、民政、工商稅務(wù)、政法系統(tǒng)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)及社會(huì)生活中。研究資料表明，由于LED是冷光源，半導(dǎo)體自身對(duì)環(huán)境沒(méi)有任何污染，與一般白熾燈相比，節(jié)電效率可以達(dá)到90%以上，同樣亮度下，采用LED耗電量是白熾燈的1/10。同時(shí)，它采用直流驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有頻閃，沒(méi)有紅外與紫外的成分，沒(méi)有輻射污染，顯色性高并且有很強(qiáng)的發(fā)光方向性，調(diào)光性能好，不容易產(chǎn)生視覺(jué)誤差，這些優(yōu)點(diǎn)讓LED在各種領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。

二、電路的設(shè)計(jì)

目前LED發(fā)展一般都存在成本高的問(wèn)題，它的價(jià)格一般是白熾燈價(jià)格的幾十倍；其次是它的電壓匹配方面，LED不可以直接連接在220V的交流市電，LED一般都是幾伏的低電壓驅(qū)動(dòng)，就必須配置一個(gè)復(fù)雜的變換電路，即電源適配器。本次設(shè)計(jì)是一款基于ACT111的LED驅(qū)動(dòng)電路，它包括整流濾波部分，降壓—升壓型轉(zhuǎn)換電路以及取樣電路。整機(jī)電路如圖1所示。

圖1基于ACT111的驅(qū)動(dòng)電路

1.驅(qū)動(dòng)IC的選擇

在設(shè)計(jì)這樣一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，我們得考慮電路的成本，所以選擇IC的理由主要是所謂的性價(jià)比，從IC的內(nèi)部開(kāi)關(guān)管來(lái)分主要有內(nèi)置NPN和MOSFET之分。我們知道內(nèi)置開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通電阻越小，則其導(dǎo)通損耗就越小，同時(shí)因?yàn)闊麸梼?nèi)部空間小而對(duì)使用的電感與電容的體積有一定的要求，因此希望選擇的IC的工作頻率要高一些，這樣就可以使用較小的電感和電容。同時(shí)IC的封裝尺寸小一些也有利于PCB板的排版。通過(guò)查閱資料得知ACT111的輸入電壓調(diào)節(jié)范圍是4.5～30V，這使得采用ACT111的驅(qū)動(dòng)電路能提供很寬的驅(qū)動(dòng)電流范圍，內(nèi)部采用N溝道MOSFET管，導(dǎo)通電阻只有0.3歐，采用SOT23-6的封裝形式，體伿小。另外，它的開(kāi)關(guān)頻率高達(dá)1.4兆赫茲，可以采用小尺寸的電感和電容。效率高達(dá)90%，但價(jià)格僅是0.23元一只。綜合以上參數(shù)，選擇ACT111有比較大的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，這是降低成本的重要因素。

（1）ACT111的管腳分布與內(nèi)部結(jié)構(gòu)

ACT111的管腳分布與內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示，ACT111是電流模式降壓式，無(wú)需外部補(bǔ)償元件，具有1.5A的LED驅(qū)動(dòng)電流能力，它的輸入電壓范圍大。其內(nèi)部包括一個(gè)PWM控制電路，一個(gè)高精度的電壓基準(zhǔn)，一個(gè)振蕩器和一個(gè)誤差放大器，具有內(nèi)部補(bǔ)償功能，內(nèi)置低導(dǎo)通電阻的N溝道MOSFET。利用LED串聯(lián)回路的檢測(cè)電阻進(jìn)行取樣，具有高精度性，反饋電壓只有0.1V，極大的提高了轉(zhuǎn)換器的效率。

圖2ACT管腳分布

圖3ACT111內(nèi)部功能框圖

（2）ACT111的功能描述

管腳號(hào)管腳名稱功能描述1SW內(nèi)置N溝道MOSFET的源極輸出端，外部用來(lái)與功率電感器連接。2IN電源輸入端。在這個(gè)引腳對(duì)GND端需連接一個(gè)1μF的瓷片電容作旁路電容，焊接時(shí)盡量和靠近該引腳和接地端。3DIMPWM調(diào)光信號(hào)輸入端。將該腳空著時(shí)，起調(diào)光作用，當(dāng)將該腳接地時(shí)，器件停止工作。4FBLED電流反饋調(diào)節(jié)輸入端，該端的反饋的電壓為0.1V，LED檢測(cè)電流通過(guò)外部電阻R2連接到GND，將檢測(cè)電阻上的電壓反饋連接到該引腳。5GND接地端。6BST自舉端。該引腳給內(nèi)部N溝道MOSFET的柵極提供驅(qū)動(dòng)電壓，該端與SW端使用一顆001μF的電容。

2.整流濾波電路的設(shè)計(jì)

一般的整流電路，通常都是采用四個(gè)二極管進(jìn)行橋式整流，如圖4所示。但我們知道，在設(shè)計(jì)LED的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，占空間不能太大，因此對(duì)電路的布局有一定的限制，而在結(jié)構(gòu)上因?yàn)椴捎昧私祲骸龎耗Ｊ綄?dǎo)致了轉(zhuǎn)換效率的降低，在電路中如果采用MOSFET管可以補(bǔ)償功率損耗，因此，在設(shè)計(jì)該整流電路時(shí)上面兩個(gè)采用肖基特二極管VD1與VD2，下面兩個(gè)采用了N溝道MOSFET管。在這里，最好不要全采用MOSFET管，主要原因是成本高，而且參數(shù)一旦選擇不合理，便容易燒壞管子。改良后的整流濾波電路如圖5所示。

輸入側(cè)MOSFET管整流工作原理為：假設(shè)輸入為50Hz、12V的交流電源時(shí)，如果上端為正，則輸入電壓經(jīng)VD1→C1（負(fù)載）→V2源極（S）→V2

圖4由四個(gè)二極管駔成的整流電路

圖5由兩個(gè)肖基特二極管及N溝道MOSFET管組成的整流電路

漏極（D）→輸入電壓的另一端構(gòu)成MOSFET管整流回路；如果輸入下端為正時(shí)，則輸入電壓經(jīng)VD2→C1（負(fù)載）→V1源極（S）→V1漏極（D）→輸入電壓的另一端構(gòu)成MOSFET管整流回路。MOSFET管V1、V2的驅(qū)動(dòng)電壓直接取自輸入電壓。若輸入端采用直流12V電壓時(shí)，不管哪端為正電壓，V1、V2的柵極都有導(dǎo)通的可能，這樣也可以完成整流的作用。通過(guò)測(cè)量相關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)這樣的改動(dòng)可以提高燈具的效率。

為保證LED在整個(gè)交流周期內(nèi)正常工作，所以在整流橋的輸出端并聯(lián)了濾波電容來(lái)限制輸出電壓的紋波，濾波電容C1可選一個(gè)330μF的鉭電容。 如果選用一般的鋁電解電容，在ACT111的IN端與GND地端用短而粗的線再并聯(lián)一個(gè)1μF的瓷片電容，以盡可能減低ESR阻抗。

3.ACT111的降壓—升壓電路

當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓在6～12V之間變化時(shí)，那么輸出需要3個(gè)或以上的LED燈，如果輸出的LED燈是串聯(lián)形式，假設(shè)每個(gè)燈的UF=3.5V,則需要串聯(lián)三個(gè)LED燈，總的UF為10.5V，但是在ACT111內(nèi)部原有電路為降壓式，如此一來(lái)就不能帶動(dòng)三個(gè)LED燈了。所以在ACT111的SW端，增加了一個(gè)升壓的電路環(huán)節(jié)，如圖6所示。但升壓轉(zhuǎn)換存在一個(gè)斷續(xù)輸出電流，因?yàn)檫@種原因要保持輸出電壓和輸出電流連續(xù)必須加入輸出電容，這個(gè)電容要求能承載電壓調(diào)節(jié)，濾波和負(fù)載瞬變期間（比方說(shuō)調(diào)光時(shí)）保持電壓穩(wěn)定的作用。一般來(lái)說(shuō)，從低成本方面來(lái)考慮，就需要小的輸出電容值，但從低紋波電流的要求來(lái)說(shuō)又需要大的電容，所以在選擇這個(gè)電容時(shí)，盡可以考慮滿足紋波電流條件的小體積電容。本電路中選擇47μF的電容作為輸出電容。

圖6ACT111的降壓—升壓電路模式

升壓電路由R3、VD4、V3、L1等幾個(gè)元器件組成，而ACT111的SW端與內(nèi)部開(kāi)關(guān)管組成了降壓電路。當(dāng)輸入電壓小于輸出電壓時(shí)，電路進(jìn)入升壓工作模式以滿足輸出電壓的要求。當(dāng)輸入電壓大于輸出電壓時(shí)，因?yàn)锳CT111的SW端與內(nèi)部開(kāi)關(guān)管組成的降壓電路會(huì)自動(dòng)進(jìn)入降壓模式，同樣能滿足輸出電壓的需求。增加這個(gè)環(huán)節(jié)的缺點(diǎn)是整體轉(zhuǎn)換效率有所降低，也增加了幾個(gè)元件，導(dǎo)致排版電路時(shí)要合理的布局。

在設(shè)計(jì)時(shí)，電感L1的大小是電路中的關(guān)鍵，從理論上講電感量越大，恒流精度越高，本電路中因?yàn)榭紤]到體積與成本因素，選擇了10μH的電感。取樣電路由ACT111的FB端與電阻R1、R2組成， FB端反饋電壓與內(nèi)部精確的基準(zhǔn)電壓作比較產(chǎn)生誤差信號(hào)，因此LED工作電流的精度由與它串聯(lián)的R1、R2的精度決定。R2為取樣電阻，本電路中選擇0.1歐的阻值。焊接電路時(shí)，取樣電阻考慮大小為0.1/ILED即可，ILED是希望得到的輸出電流值，0.1是ACT111 FB端的反饋電壓大小，VD3是續(xù)流二極管。

三、 電路的改進(jìn)

為了達(dá)到更好的性能，在排版電路時(shí)，一定要優(yōu)化元器件的排列。首先，輸入電容C2應(yīng)放在IN與地之間，并且用短而粗的線連接。其次，續(xù)流二極管與回流電感盡量靠近FB端，以減少該端產(chǎn)生的振蕩現(xiàn)象。同時(shí)取樣電阻R2盡量靠近FB端,否則會(huì)引起反饋電壓失真。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉祖明.LED芯片及驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用速查［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［2］張慶雙主編.LED應(yīng)用電路精選［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

［3］路秋生主編.開(kāi)關(guān)電源技術(shù)與典型應(yīng)用［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

責(zé)任編輯 朱守鋰