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图4IR2540应用电路。

IR2540的工作原理为：当IR2540的HO引脚输出高电平时，Q1导通，负载从电源吸收电流，并在输出电感L2和输出电容COUT上储存能量，同时IR2540第三引脚上的反馈电压VIFB逐渐增加，当VIFB高于0。5V时，控制环在延迟一段时间后关断HO端的输出。HO关断后，LO将在经过死区时间后开通，电感L2和输出电容COUT向负载释放储存的能量。VIFB开始下降，当VIFB低于0。5V时，控制环在延迟一段时间后，HO引脚输出高电平，LO关断。从而达到稳定平均电流的目的。ENN引脚为禁用输出，起开路保护和调光的作用，当输入该引脚的电压超过2。5V时，IRS2540处于禁用状态。当需要调光时，将一个固定频率、变占空比的信号加到ENN引脚上，平均负载电流与占空比有直接线性关系。如果占空比是50%，可以实现最大50%的输出；如果占空比是30%，可以实现最大70%的输出。

与峰值电流控制型LED驱动芯片不同，IR2540的频率自由运行并可以通过快速响应输入和输出电压的变化维持电流调节，该芯片不需要外部器件来设置频率，频率是由输出电感L2和输出电容COUT以及输入输出电压和负载电流决定。图5和图6分别是负载6只LED和12只LED时IRS2540的工作波形，图中的4个波形由上到下分别为LED的电压波形、输入电压波形、LED的电流波形、LO引脚的电压波形。这种电路的缺点表现在其效率较低，并且输出电流和效率随负载的变化较大。表1为IR2540应用电路在不同负载情况下的测试结果。由表1可见，当负载为10只LED时，电路的效率只有68。2%，与峰值电流控制型LED驱动电路90%以上的效率还有一定的差距。

图5IR2540驱动6个LED的波形。

图6IR2540驱动12个LED的波形。

表1IR2540应用电路在不同负载下的效率。

4单级单开关型LED驱动电路

在大屏幕液晶电视和液晶显示器中，背光源耗电量所占的比重是最大的，如果LED驱动电路采用直流供电，就要求液晶电视和液晶显示器内功率因数校正（PFC）电路和开关电源的输出功率足够大，导致成本增加。单级单开关型LED驱动电路直接采用220V市电，不需要开关电源，而且电路简单、成本也比较低，应用单级单开关型LED驱动电路可以显著降低液晶电视和液晶显示器的成本。

美国超科公司推出的HV9931是一种具有有源功率因数校正功能的单级单开关非隔离型LED驱动电路控制芯片，采用该芯片的LED驱动电路无需变压器。图7是基于HV9931的单级单开关型LED驱动电路，输出功率为18W，效率可达78%。由图7可见，采用HV9931的LED驱动电路具有电路简单、成本低的优点。图7中，L1、C3、D5、D6组成输入Buck？？boost级，它与L2、D7、D8组成的输出Buck级相级连，两个变换器共用一个功率管Q1，输入Buck？？boost工作在不连续导电模式（DCM），输出级则工作在连续导电模式（CCM），电路降压比为两个变换器降压比的乘积。这样，不用变压器就可获得高降压比。

HV9931的工作原理为：当Q1导通时，Ll中的电流线性增加，同时，电容C3为输出Buck级供电，流过L2的电流也线性增加。iL1的电流通路为：D5→L1→Q1→R6;iL2的电流路径为：C3正端→Ql→R7→LED→L2→D7→C3负端。当Q1关断时，D6正向偏置，输入电感电流iL1转入到C3，电流流向为：D5→Ll→C3→D6;同时，流过L2的电流流过D8，iL2流向为：L2→D8→R7→LED。Ll中的电流线性下降，只要降为零，D6则反向偏置，阻止iL1流动。在Q1再次导通之前，iL1=0的时间为Ll的死区时间，此时，iL2继续流动，直到新的开关周期开始，Q1导通。在AC线路周期之内，可以认为开关占空比D和开关频率fs不变，于是，L1的峰值电流iL1（pk）和平均输入电流直接与输入电压成正比：

式中：Iin为输入电流，Vin为输入电压，Reff为有效输入电阻。

L1中的峰值电流iL1（pk）正比于输入电压，平均输入电流呈正弦波形。因此可获得单位功率因数和低输入电流谐波失真。图8是输入电压和电流波形。

图8输入电压和电流波形

HV9931的PWMD引脚连接到VDD，HV9931正常工作。若PWMD引脚接地或开路，则HV9931停止工作。若在PWMD引脚施加一个TTL兼容方波信号，则可以获得PWM调光。在额定输出电流下，当PWM占空比为5%时，LED的亮度降低50%。PWM频率应高于100Hz，以使人眼看不到频闪。通过施加5%的LED电流，采用模拟（线性）调光，也可获得50%的亮度。

单级单开关型LED驱动电路是目前的研究热点，但是还存在一些不足，主要体现在以下5个方面：

（1）输出功率较小，目前只在中小功率场合获得了一定的应用；（2）为了实现自动输入电流整形，输入PFC电感需工作在恒占空比的DCM模式，且PFC级和DC/DC级共用一个开关管，因此开关管的电流应力大；（3）输入PFC电感需工作在恒占空比的DCM模式，整流输入端的高频电流纹波大，需要的EMI滤波器体积大；（4）为了提高功率转换效率，DC/DC级一般都工作在CCM状态，高输入电压和轻载时，由于输入能量和输出能量瞬间不平衡而导致储能电容电压应力过高；（5）功率转换效率较低。

为了改善单级单开关型LED驱动电路的上述不足，国内外的学者提出和尝试了多种方法和电路拓扑：

（1）采用输入PFC电感交错并联、输入PFC电感工作在CCM模式等方法减少输入电流纹波；（2）采用DC/DC级工作在DCM模式、变频控制、母线电压反馈、串联充电并联放电拓扑等方法减少储能电容电压应力；（3）采用软开关、直接功率转换等方法提高功率转换效率。

关键词： 研究 现状 进展 电路 驱动 光源 LED 大功率