2024年5月29日发(作者：祁鸿远)
投影仪的LED光源驱动器的设计
相关专题： 电子应用
时间：2011-10-25 09:47 来源： icbuy亿芯网
目前，市面上投影机采用的光源主要为UHP灯、UHE灯、HID与LED灯。LED
投影仪光源与前几种相比有以下优势：(1)光源寿命长，有效寿命为50000h；(2)体积小，
使得投影产品更加便携化；(3)无预热时间；(4)可以很方便地进行各种形式多颗粒组合；
(5)LED光源不含任何对人体有害的元素。随着LED光源技术的不断成熟，必然会成为投影
机光源的发展趋势。本文重点介绍投影仪中LED光源驱动电路的设计。
1 LED投影机
LED投影机的光源一般是由高亮的红、绿、蓝三种颜色LED组成。电源采用可提供
12 V～19 V直流输出的交流/直流适配器，此电压作为后级LED驱动电路的输入。为了产
生较高的光通量，需要采用多颗LED串联或并联。由于在同样功率情况下，绿光光通量最
高，红光其次，蓝光最低，因此，为了使各种颜色的光输出匹配，不同颜色的LED需要不
同的数量，设计的LED驱动电路也不一样。
2 蓝光LED驱动电路
蓝光LED在相同电流条件下，产生的光通量较低，因此需要采用多颗LED才能与其他
颜色光输出匹配。为了使每颗LED的电流一致，采用多颗LED串联方案。对于12 V的输
入电压，由于多颗LED串联后要求的驱动电压高于输入，可以采用Boost电路或者负压型
电路。本文介绍一种负压型的Buck电路。
2.1 负压Buck变换器的原理
负压型Buck变换器的基本原理[1]如图1所示。与传统Buck变换器不一样，需将上
分压电阻R1的上端作为虚拟地，输入电压接入芯片VIN和该虚拟地之间，芯片的GND
是一个可调节的负输出电压。该电路的基本工作原理和Buck电路是一致的。在每一个开
关周期开始时，高端MOSFET由时钟信号控制打开，电感通过VIN充电。当电流信息大
于COMP端电压时，高端MOSFET关断，同时电感电流通过二极管续流。基于电感伏秒
积平衡的原理，可得：
虽然式(2)在形式上和Buck-Boost变换器是一致的，但其本质上仍然是一个Buck变
换器。因为该等式可以用另一种方式来解释：以虚拟地作为参考基准，该Buck变换器的
输入电压为VIN-VO(VO是负值)，输出电压为-VO。参考Buck变换器的输入电压和输出
电压的关系，得到等式为：
(VIN-VO)×D=-VO (3)
事实上，式(2)和式(3)经过换算后是一致的。
2.2 LED驱动电路电路
AOZ1242是一款高效简单的3 A输出Buck变换器，可以用在多种不同的场合。其输
入电压范围是4.5V～32V，工作频率恒定在370kHz，内部NFET的内阻只有70mV。经
过简单变换，该Buck芯片可以做成LED驱动电路，如图2所示。由于需采用恒流控制替
代恒压控制，下分压电阻R2处改用检流电阻Rsen来检测LED电流。上分压电阻R1则不
再使用，直接由输入接入LED正端，LED负端连接到检流电阻Rsen上端。LED串联的电
压是VIN-VOUT。由于VOUT是负值，加在LED串上的驱动电压高于输入电压。
2.3 PWM调光
在LED和检流电阻Rsen之间加入一个MOSFET。由于LED的亮度随着电流的变化
而改变，通过控制MOSFET的导通占空比，可改变LED的平均电流，从而达到改变LED
亮度变化的目的。需要注意的是，当进行PWM调光时，Q2关断瞬间Rsen上无电流流过，
此时输出电压必须由过压保护限制，这样就会造成输出电容上的电压上下波动。采用同步
的PWM信号，可同时控制EN端和Q2的门极，但如果芯片软启动时间较长则不适用。
本文介绍一种简单高效的PWM调光方式，如图3所示。COMP端接一正向导通压降较低
的二极管的正端D5，当PWM信号高时，对COMP电压不产生影响；当PWM信号低时，
拉低COMP端电压，从而停止芯片的PWM开关。从图4可以看出，在5%～100%占空
比情况下，LED平均电流具有很好的线性度。
2.4 过压保护电路和短路保护电路
过压保护：当电路的输出端开路时，电流环不再工作。此时，输出电压由稳压管Z1、
电阻Rz和Rsen控制，其稳定电压值为VZ+VFB。一般情况下，该值需要大于LED串联
电压值，否则LED无法得到期望电流。过压保护电路如图5所示。
短路保护：为了防止LED串短路对电路造成损坏，可以加入短路保护电路。当LED串
短路时，Rsen上会产生一较高电压，三极管Q触发导通。MOSFET的门极电压变为低电
平，MOSFET关断。短路保护电路如图6所示。
2.5 控制环路测试[2]
由于LED驱动电路不同于一般的开关电源电路，无法在上分压电阻处加入扰动信号，
因此，必须借助于一个运算放大器来测量LED驱动电路的环路。因为运放的输出端是低阻，
芯片的FB端是高阻，所以可以在运放输出端和FB之间加入100V电阻，如图7所示。
2.6 蓝光LED驱动电路设计实例
设计要求：输入电压12V，负载为6个LED串联，输出电流1 A。
采用如图8所示的负压型Buck电路作为LED驱动。通过改变Q2门极PWM驱动信
号的占空比，实现LED调光的目的。
在12V输入电压条件下，采用负压型的Buck电路可以实现对6个串联LED的驱动，
并且该电路具有短路保护、过压保护、PWM调光等功能。相对于专有的大功率LED升压
驱动芯片方案，负压型Buck驱动方案性价比更高。
参考文献
[1]刘松，丁颖.汽车电子系统中负压变换器的设计[J].电子设计应用，2009(4)：107-109.
[2]刘松，张龙，顾巍.基于降压转换器的LED驱动器反馈环路设计及测试[J].电子设计
应用，2009(6)：58-59.
2024年5月29日发(作者：祁鸿远)
投影仪的LED光源驱动器的设计
相关专题： 电子应用
时间：2011-10-25 09:47 来源： icbuy亿芯网
目前，市面上投影机采用的光源主要为UHP灯、UHE灯、HID与LED灯。LED
投影仪光源与前几种相比有以下优势：(1)光源寿命长，有效寿命为50000h；(2)体积小，
使得投影产品更加便携化；(3)无预热时间；(4)可以很方便地进行各种形式多颗粒组合；
(5)LED光源不含任何对人体有害的元素。随着LED光源技术的不断成熟，必然会成为投影
机光源的发展趋势。本文重点介绍投影仪中LED光源驱动电路的设计。
1 LED投影机
LED投影机的光源一般是由高亮的红、绿、蓝三种颜色LED组成。电源采用可提供
12 V～19 V直流输出的交流/直流适配器，此电压作为后级LED驱动电路的输入。为了产
生较高的光通量，需要采用多颗LED串联或并联。由于在同样功率情况下，绿光光通量最
高，红光其次，蓝光最低，因此，为了使各种颜色的光输出匹配，不同颜色的LED需要不
同的数量，设计的LED驱动电路也不一样。
2 蓝光LED驱动电路
蓝光LED在相同电流条件下，产生的光通量较低，因此需要采用多颗LED才能与其他
颜色光输出匹配。为了使每颗LED的电流一致，采用多颗LED串联方案。对于12 V的输
入电压，由于多颗LED串联后要求的驱动电压高于输入，可以采用Boost电路或者负压型
电路。本文介绍一种负压型的Buck电路。
2.1 负压Buck变换器的原理
负压型Buck变换器的基本原理[1]如图1所示。与传统Buck变换器不一样，需将上
分压电阻R1的上端作为虚拟地，输入电压接入芯片VIN和该虚拟地之间，芯片的GND
是一个可调节的负输出电压。该电路的基本工作原理和Buck电路是一致的。在每一个开
关周期开始时，高端MOSFET由时钟信号控制打开，电感通过VIN充电。当电流信息大
于COMP端电压时，高端MOSFET关断，同时电感电流通过二极管续流。基于电感伏秒
积平衡的原理，可得：
虽然式(2)在形式上和Buck-Boost变换器是一致的，但其本质上仍然是一个Buck变
换器。因为该等式可以用另一种方式来解释：以虚拟地作为参考基准，该Buck变换器的
输入电压为VIN-VO(VO是负值)，输出电压为-VO。参考Buck变换器的输入电压和输出
电压的关系，得到等式为：
(VIN-VO)×D=-VO (3)
事实上，式(2)和式(3)经过换算后是一致的。
2.2 LED驱动电路电路
AOZ1242是一款高效简单的3 A输出Buck变换器，可以用在多种不同的场合。其输
入电压范围是4.5V～32V，工作频率恒定在370kHz，内部NFET的内阻只有70mV。经
过简单变换，该Buck芯片可以做成LED驱动电路，如图2所示。由于需采用恒流控制替
代恒压控制，下分压电阻R2处改用检流电阻Rsen来检测LED电流。上分压电阻R1则不
再使用，直接由输入接入LED正端，LED负端连接到检流电阻Rsen上端。LED串联的电
压是VIN-VOUT。由于VOUT是负值，加在LED串上的驱动电压高于输入电压。
2.3 PWM调光
在LED和检流电阻Rsen之间加入一个MOSFET。由于LED的亮度随着电流的变化
而改变，通过控制MOSFET的导通占空比，可改变LED的平均电流，从而达到改变LED
亮度变化的目的。需要注意的是，当进行PWM调光时，Q2关断瞬间Rsen上无电流流过，
此时输出电压必须由过压保护限制，这样就会造成输出电容上的电压上下波动。采用同步
的PWM信号，可同时控制EN端和Q2的门极，但如果芯片软启动时间较长则不适用。
本文介绍一种简单高效的PWM调光方式，如图3所示。COMP端接一正向导通压降较低
的二极管的正端D5，当PWM信号高时，对COMP电压不产生影响；当PWM信号低时，
拉低COMP端电压，从而停止芯片的PWM开关。从图4可以看出，在5%～100%占空
比情况下，LED平均电流具有很好的线性度。
2.4 过压保护电路和短路保护电路
过压保护：当电路的输出端开路时，电流环不再工作。此时，输出电压由稳压管Z1、
电阻Rz和Rsen控制，其稳定电压值为VZ+VFB。一般情况下，该值需要大于LED串联
电压值，否则LED无法得到期望电流。过压保护电路如图5所示。
短路保护：为了防止LED串短路对电路造成损坏，可以加入短路保护电路。当LED串
短路时，Rsen上会产生一较高电压，三极管Q触发导通。MOSFET的门极电压变为低电
平，MOSFET关断。短路保护电路如图6所示。
2.5 控制环路测试[2]
由于LED驱动电路不同于一般的开关电源电路，无法在上分压电阻处加入扰动信号，
因此，必须借助于一个运算放大器来测量LED驱动电路的环路。因为运放的输出端是低阻，
芯片的FB端是高阻，所以可以在运放输出端和FB之间加入100V电阻，如图7所示。
2.6 蓝光LED驱动电路设计实例
设计要求：输入电压12V，负载为6个LED串联，输出电流1 A。
采用如图8所示的负压型Buck电路作为LED驱动。通过改变Q2门极PWM驱动信
号的占空比，实现LED调光的目的。
在12V输入电压条件下，采用负压型的Buck电路可以实现对6个串联LED的驱动，
并且该电路具有短路保护、过压保护、PWM调光等功能。相对于专有的大功率LED升压
驱动芯片方案，负压型Buck驱动方案性价比更高。
参考文献
[1]刘松，丁颖.汽车电子系统中负压变换器的设计[J].电子设计应用，2009(4)：107-109.
[2]刘松，张龙，顾巍.基于降压转换器的LED驱动器反馈环路设计及测试[J].电子设计
应用，2009(6)：58-59.