高效率降压转换器(1瓦白光LED驱动器)

来源 Bowden的爱好电路
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发布时间 2014-03-18

这是高效率地使用降压转换器从一个12伏电池驱动1瓦特白色LED的一例。该LED可以简单地用一个串联电阻相连,以获得所需的电流,但由于电阻会下降9伏而LED只需要3伏效率将是只有25%。降压转换器提供约90%的效率。这个想法是要建立一个循环电流通过电感器,二极管和负载,每个周期通过场效应管开关补充失去的能量。开关的占空比约3/12(25%)。它实际上是一个更大一些,因为在2.2欧姆的电阻下降约0.5伏特,所以总负荷约为3.7伏,占空比为31%左右。该电路也可以用于一个12伏电源调整占空比对AA电池进行充电。

高效率降压转换器(1瓦白光LED驱动器)

该驱动器部分采用了CMOS六反相器(CD4069),其中两个反相器构成约11.5 kHz或66us关断时间,并21uS时间为MOSFET开关,31%占空比的振荡器。其余4个反相器并联使用,以提供额外的驱动电流到MOSFET的栅极。占空比可以与任一15K或20K的电阻进行调整。最小电感值是给E = L * di / dt和250毫安的LED电流计算出来。最小值是那里的电流下降到0的开关关断时间期间,或66uS。峰值电感电流然后将平均或500mA两次,电感的吸收从0到500mA在21uS。所以,di / dt的是每秒0.5 / 0.000021 =23810安培。电感电压(E)将12减去负载电压3.7或8.3伏,最小电感值L将是8.3 / 23810 = 0.35 mH。所使用的实际值应高一些,以避免电流下降到零,以避免大的峰值电流和可能的饱和度。这里的示例使用一个近似2 mH电感使电流的变化是100mA左右,峰值电流较低的300mA左右。

该电流波形示于下面的的LTspice图片。注意从大约低于平均电流约50mA以上,平均约100mA总变化50毫安的电流斜坡。15欧姆的电阻在LTspice图片代表了LED,再加上一个2.2欧姆的电阻。该MOSFET由SW(开关)组成,并且由符号V3的驱动电路来表示。

高效率降压转换器(1瓦白光LED驱动器)

电感器(见下图)的额定电流应大于峰值电流饱和电流,或者300毫安在这种情况下。所使用的磁环约1.5英寸直径,用#18漆包线绕20匝。一个较小的磁芯可以被使用,它有一个空气间隙以避免饱和,但需要更多的线,由于导线的电阻,将增加损耗。另一种方法是使用更高的频率,使较小的电感器都可以使用。但是这将增加损失,因为将有每单位时间,更多开关转换从而增加了损耗。该二极管是一种VSK330肖特基3安培二极管,但几乎所有的1安培整流器可以用,只是效率稍差。该IRFZ44 MOSFET是额定为50 A(最大),但导通电阻仅为28毫欧。一个更小的型号可以使用,但我没有。注意:该电路没有保护措施,所以12伏的输入应该是稳定的。如果电池电压有变化,占空比和LED电流应使用最高预期的电源电压来设定。

高效率降压转换器(1瓦白光LED驱动器)

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