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基于NCP5007的升壓型LED驅(qū)動電路原理

     NCP5007是安森美半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的用于驅(qū)動LED的升壓變換器單片IC。NCP5007采用TSOP-5封裝，引腳排列及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 NCP5007引腳排列及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

　　NCP5007采用脈沖頻率調(diào)制（ PFM ）模式操作，輸入電壓范圍為2.7～5.5V， 輸出電壓最高達(dá)22V，可以驅(qū)動5相串聯(lián)的白光LED。在NCP5007 的1腳（FB）或3腳（EN）上加一個PWM電壓信號，都可以實現(xiàn)LED亮度調(diào)節(jié)。

　　圖2為基于NCP5007 的升壓型LED驅(qū)動電路的工作原理圖，電感電流IL、IC內(nèi)部MOSFET電流Ids和輸出電流Io 的波形如圖3所示。

圖2 基于NCP5007的升壓型LED驅(qū)動電路工作原理圖

　　在時間t1段（見圖3），NCP5007內(nèi)部的 MOSFET 導(dǎo)通，電感電流從零開始上升，直到達(dá)到峰值IP（350mA ）．在此過程中，電感器儲存能量。當(dāng)NCP5007內(nèi)部開關(guān)關(guān)斷時，電感電流從峰值開始逐漸減小，電感器向負(fù)載釋放能量。NCP5007 的固定關(guān)斷時間toof(即圖3的t2）為320ns，在關(guān)斷時間結(jié)束時，電感電流降至谷點Iv。電感器的感生電動勢為：

圖3 工作電流波形

　　當(dāng)然，從實用觀點出發(fā)考慮，電感器的規(guī)格必須與電路中存在的峰值電流相適應(yīng)，以免磁芯飽和。最理想的情況是鐵氧體材料能夠在1．0MHz的高頻下工作，將該周期內(nèi)產(chǎn)生的渦流損耗降低到最小程度。

　　工作頻率可以從電參數(shù)推導(dǎo)。令，根據(jù)式（1）得：

　　因為典型時間值為320ns，toof近似于恒值，所以，對于給定的負(fù)載和電感值di也是定值。根據(jù)式（5），可得：

　　最后得到的王作頻率f為：

　　NCP5007提供的輸出功率限制在1W。圖4所示為NCP5007輸出的最大功率與電池電壓的關(guān)系曲線。

圖4 最大輸出功率與電池電壓的關(guān)系曲線

　　在圖1所示的電路中，通過LED 的電流可由電阻R1設(shè)置，計算公式為：

　　采甲NCP5007并帶濾波PWM調(diào)光功能的LED驅(qū)動電路如圖5所示。

圖5帶濾波PWM調(diào)光功能的LED驅(qū)動電路

　　如圖5所示，給NCP5O07 的引腳FB加上一個外部PWM信號，即可對LED進行弱光調(diào)控。利用FB引腳能提供內(nèi)部高阻抗的特點，可以調(diào)節(jié)簡單的RC網(wǎng)絡(luò)確保弱光調(diào)控功能�？梢圆捎脙煞N工作模式：脈沖式模式，不帶濾波電容器；均分模式，帶濾波電容器。

　　雖然脈沖式工作模式可以提供良好的弱光調(diào)控功能，但是也會產(chǎn)生高的開關(guān)瞬變干擾，用控制環(huán)路難以濾除。

　　均分工作模式可以保證無噪聲工作，因為變換器在連續(xù)工作9同時具有非常好的弱光調(diào)控功能。輔加電阻器和電容器都是廉價電子元件。

　　在圖5所示的電路中，模擬環(huán)路會使流過電阻器R1的電流保持均衡狀態(tài)，直到饋電壓達(dá)到 200mV。由1只輔加電阻器甄將FB節(jié)點與地線隔離，以便可以給這個引腳加上一個外部電壓。

　　R2／C3時閫常數(shù)在C3上產(chǎn)生電壓，加在FB節(jié)點，而R2、 R3、R4、R1、C3產(chǎn)生放電時間常數(shù)。為了將FB節(jié)點上的干擾噪聲降低到最小程度，這些電阻器（R1～R4）的阻值應(yīng)當(dāng)適中，好低于1.MΩ。因此，以采用15OkΩ 的 R2、10kΩ的 R3和 5.6kΩ的R4。此外，應(yīng)當(dāng)由用戶確定控LED亮度的反饋延時，最好是10ms或更小。根據(jù)從C3／R2／R3節(jié)點的以加在LED上的電流為零需要的400mV補償電壓可以計算出時間常數(shù)。假設(shè)PWM信號來自曲一個3.0V電源供電的標(biāo)準(zhǔn)門電路，工作頻率為5.0kHz，那么，完全可以用95％間隙的負(fù)載周期信號實現(xiàn)LED的弱光調(diào)控。