基于LM2596的高效LED驱动

目录

摘要 (2)

设计任务与要求： (3)

1.1基本部分 (3)

1.2发挥部分 (3)

2、方案设计与论证 (3)

2.1方案一 (3)

2.2方案二 (3)

2.3论证 (3)

3、硬件单元电路设计与参数计算 (3)

3.1电路总原理图 (4)

3.2滤波电路 (4)

3.3 LM2596芯片介绍 (5)

3.4 BUCK电路分析 (7)

3.5反馈电流电路 (9)

3.6工作过程介绍 (10)

4、总原理电路及元器件清单 (10)

4.1原理图 (10)

4.2 PCB (11)

4.3原件清单 (11)

5、安装与调试 (11)

5.1电路安装 (11)

6、性能测试与分析 (12)

7、结论与心得 (12)

8、致谢 (12)

摘要

随着大功率LED在灯光装饰和照明中的普遍使用，大功率LED驱动电路设计显得越来越重要。在LED迅速发展的今天，LED驱动电路也随之快速跟进，多种驱动方式并存，不同的设计方案在完善。在LED照明领域，没有好的驱动器的匹配，LED照明的优势将无法体现。大功率LED是电流型器件，严格的控制流过LED 的电流是恒定的及其重要，而且还要实现可以对LED调光，满足各种需求。

本论文对LED的驱动探讨，并设计基于LM2596的恒流源驱动电路，实现恒流驱动和亮度的调节，本设计电路组成部分主要有经典的开关电源BUCK和电流采样回路电路。电流反馈回路借助于TL431实现。

关键词：LED；LM2596；BUCK；TL431；开关电源

设计任务与要求：

1.1基本部分

1、采用3个功率为1W的高亮度LED串联组成光源，系统供电电压为15V~25V，

在供电电压变化的过程中，保持LED亮度恒定（电流不变）；

2、灯功率：2.5±0.5W，电源效率>60%

1.2发挥部分

1、灯功率：3.0±0.2W，电源效率>80%；

2、可手动调整LED照明亮度；

3、其他

注：1W白光LED 极限工作电流为 360 毫安。

2、方案设计与论证

2.1方案一

使用运放与三极管结合构成了经典的恒流源电路，通过运放的虚短、虚断特性，给加到采样电阻上嵌着电压从而实现恒流，并通过调整运放的正向端的电压大小改变电流的大小，三极管则实现电流的放大，因为运放流过的电流是很小的。这种方法电路简单，但是效率比较低。

2.2方案二

使用稳压电源开关芯片LM2596作为电压转换芯片，通过构造BUCK实现降压，在输出端加上一个阻值很小的采样电阻实现电流的采样，在通过TL431电压的台升后，通过分压的方式实现电源芯片的反馈。通过调节分压电阻的分压情况实现电流大小的调节。这种方法电路同样也是简单容易实现，由于用到开关电源，所以效率比较高。

2.3论证

由上述两个方案可以得出接下面结论，方案一，虽然电路简单易容实现，也可以实现电流大小的调节，但是要实现题目要求的高效是不能实现的，方案二，的电路同样也是简易，而且开关电源的效率高，要实现题目的要求很容易实现。

3、硬件单元电路设计与参数计算

3.1电路总原理图

图3.1

上图3.1为整个设计的总原理图，电路元器件虽然比较少，但是已经包含很多模块电路，是的电路能够实现恒流源的调节，其中包含有滤波电路、BUCK电路、电流采样电路、反馈电路、分压电路和一些去干扰电路。滤波电路主要实现的功能是去掉外电源带来的高频干扰和为点电压,LM2596与外围组成的BUCK主要是实现降压，而TL431芯片则是联通采样电阻和LM2596反馈引脚的桥梁，分压电路则是用来调节电流的大小。

3.2滤波电路

图3.2.1

滤波电路选用一个220μF 的电解电容和一个104F 的小容量瓷片并联滤波，如下图。理论上，在同一频率下容量大的电容其容抗小，这样一大一小电容相并联后其容量小的电容C2 不起作用。但是，由于大容量的电容器存在感抗特性，等效为一个电容与一个电感串联。在高频情况下的阻抗反而大于低频时的阻抗，小电容的容量小，在制造时可以克服电感特性，几乎不存在电感。在大电容C1 上并联一个小电容C2 可以补偿其在高频下的不足。当电路的工作频率比较低时，小电容不工作（容抗大相当于开路）。当电路的工作频率比较高时（输入信号的高频干扰成分），大电容由于感抗大而处于开路状态。这时高频干扰成分通过小电容流到地线，滤除各种高频干扰成分。而电容大小的选择则可以根据输出端输出电流的大小决定，一般都为均方根的1/2倍以上，由下电容大小与均方根的关系图知道，如图3.2.1

图3.2.2

本设计选用的是耐压值35V，220uf的电容，由上图可以容易看到，这样的参数完全能满足题目的要求。

3.3 LM2596芯片介绍

LM2596 开关电压调节器是降压型电源管理单片集成电路，能够输出3A 的驱动电流，同时具有很好的线性和负载调节特性。

该器件内部集成频率补偿和固定频率发生器，开关频率为150KHz，与低频开关调节器相比较，可以使用更小

规格的滤波元件。由于该器件只需 4 个外接元件，可以使用通用的标准电感，这更优化了LM2596 的使用，极大地简化了开关电源电路的设计。芯片型号有L M2596□ —3.3、LM2596□

—5.0、LM2596□ —ADJ、LM2596□ —12.，典型的DC-DC结构是如图3.3.1：

图3.3.1

芯片的效率如图3.3.2：

图3.3.2

如图可以看出，当输入为25V输出为15V时效率可以达到90%，所以能轻易的实现题目的求。参数计算：

3.4 BUCK电路分析

图3.4.1 电感的选参照下图3.4.2

图3.4.2 输出选用电容参照图3.4.3

图3.4.3

最终输出的电容电感分别为220uf、33uH，肖特基二极管选用的是2A，40V。都能满足题目的要求。

BUCK电路分析图3.4.4

图3.3.4

有：

3.5反馈电流电路

图3.5

图中R1为采样电阻，TL431相当于一个稳压管，3脚输出的电压为（2.5+I*0.22）V，所这样采样电阻上的电流就可以响应到TL431中，TL431通过分压电路把电流反馈量加载到LM2596的反馈脚上，从而实现了恒流和电流调节作用。当电流

大于设定电压的时候，当分压电路的分压大小不变的时候，分压到LM2596的反

馈引脚就回大于典型值1.23V，这是LM2596内部就会进行自动调节输出占空比，从而减少电流的输出。

3.6工作过程介绍

外部电源接入到电路中，通过LM2596降压，给LED供电，通过采样电阻对电流的采样实现电路的恒流作用，同过调节电位器的分压值大小来调节电流的大小。

4、总原理电路及元器件清单

4.1原理图

4.3原件清单

5、安装与调试5.1电路安装

本PCB用了大量的敷铜是为了给芯片进行散热，选用的芯片是贴片的，所以焊接比较难点，由于是开关电源所以布线不合理也会造成效率的降低。

6、性能测试与分析

通过测试可得输入电压20V，电流0.17A，输出电压9.55V，电流0.3A可以算出电路效率为89%。满足题目要求。

7、结论与心得

第一次调试开关电源的恒流源，在调试的在调试的过程中遇到了很多困难，如一次做的是原理上有点问题，所以一直在调试，但是效果很不理想，调了很久最后还想过放弃，选用线性电源，舍弃高效率，但是发现自己在睡觉的时候还在想，后来终于想到了改进的方法，最终的原理图就如上面看到的。虽然效果还是有点不好，但是已经比以前好很多了，也能够满足题目的要求了。感觉只要自己坚持，最终还是会成功的。

8、致谢

作者：海夕