目前，市面上投影機(jī)采用的光源主要為UHP燈、UHE燈、HID與LED燈。LED投影儀光源與前幾種相比有以下優(yōu)勢(shì)：(1)光源壽命長(zhǎng)，有效壽命為50 000 h；(2)體積小，使得投影產(chǎn)品更加便攜化；(3)無(wú)預(yù)熱時(shí)間；(4)可以很方便地進(jìn)行各種形式多顆粒組合；(5)LED光源不含任何對(duì)人體有害的元素。隨著LED光源技術(shù)的不斷成熟，必然會(huì)成為投影機(jī)光源的發(fā)展趨勢(shì)。本文重點(diǎn)介紹投影儀中LED光源驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)。
1 LED投影機(jī)
    LED投影機(jī)的光源一般是由高亮的紅、綠、藍(lán)三種顏色LED組成。電源采用可提供12 V～19 V直流輸出的交流/直流適配器，此電壓作為后級(jí)LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入。為了產(chǎn)生較高的光通量，需要采用多顆LED串聯(lián)或并聯(lián)。由于在同樣功率情況下，綠光光通量最高，紅光其次，藍(lán)光最低，因此，為了使各種顏色的光輸出匹配，不同顏色的LED需要不同的數(shù)量，設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)電路也不一樣。
2 藍(lán)光LED驅(qū)動(dòng)電路
    藍(lán)光LED在相同電流條件下，產(chǎn)生的光通量較低，因此需要采用多顆LED才能與其他顏色光輸出匹配。為了使每顆LED的電流一致，采用多顆LED串聯(lián)方案。對(duì)于12 V的輸入電壓，由于多顆LED串聯(lián)后要求的驅(qū)動(dòng)電壓高于輸入，可以采用Boost電路或者負(fù)壓型電路。本文介紹一種負(fù)壓型的Buck電路。
2.1 負(fù)壓Buck變換器的原理
    負(fù)壓型Buck變換器的基本原理[1]如圖1所示。與傳統(tǒng)Buck變換器不一樣，需將上分壓電阻R1的上端作為虛擬地，輸入電壓接入芯片VIN和該虛擬地之間，芯片的GND是一個(gè)可調(diào)節(jié)的負(fù)輸出電壓。該電路的基本工作原理和Buck電路是一致的。在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期開(kāi)始時(shí)，高端MOSFET由時(shí)鐘信號(hào)控制打開(kāi)，電感通過(guò)VIN充電。當(dāng)電流信息大于COMP端電壓時(shí)，高端MOSFET關(guān)斷，同時(shí)電感電流通過(guò)二極管續(xù)流。基于電感伏秒積平衡的原理，可得：
  

    雖然式(2)在形式上和Buck-Boost變換器是一致的，但其本質(zhì)上仍然是一個(gè)Buck變換器。因?yàn)樵摰仁娇梢杂昧硪环N方式來(lái)解釋：以虛擬地作為參考基準(zhǔn)，該Buck變換器的輸入電壓為VIN-VO(VO是負(fù)值)，輸出電壓為-VO。參考Buck變換器的輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系，得到等式為：
    (VIN-VO)×D=-VO                           (3)
    事實(shí)上，式(2)和式(3)經(jīng)過(guò)換算后是一致的。
2.2 LED驅(qū)動(dòng)電路電路
    AOZ1242是一款高效簡(jiǎn)單的3 A輸出Buck變換器，可以用在多種不同的場(chǎng)合。其輸入電壓范圍是4.5 V～32 V，工作頻率恒定在370 kHz，內(nèi)部NFET的內(nèi)阻只有70 m?贅。經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單變換，該Buck芯片可以做成LED驅(qū)動(dòng)電路，如圖2所示。由于需采用恒流控制替代恒壓控制，下分壓電阻R2處改用檢流電阻Rsen來(lái)檢測(cè)LED電流。上分壓電阻R1則不再使用，直接由輸入接入LED正端，LED負(fù)端連接到檢流電阻Rsen上端。LED串聯(lián)的電壓是VIN-VOUT。由于VOUT是負(fù)值，加在LED串上的驅(qū)動(dòng)電壓高于輸入電壓。

2.3 PWM調(diào)光
    在LED和檢流電阻Rsen之間加入一個(gè)MOSFET。由于LED的亮度隨著電流的變化而改變，通過(guò)控制MOSFET的導(dǎo)通占空比，可改變LED的平均電流，從而達(dá)到改變LED亮度變化的目的。需要注意的是，當(dāng)進(jìn)行PWM調(diào)光時(shí)，Q2關(guān)斷瞬間Rsen上無(wú)電流流過(guò)，此時(shí)輸出電壓必須由過(guò)壓保護(hù)限制，這樣就會(huì)造成輸出電容上的電壓上下波動(dòng)。采用同步的PWM信號(hào)，可同時(shí)控制EN端和Q2的門(mén)極，但如果芯片軟啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)則不適用。本文介紹一種簡(jiǎn)單高效的PWM調(diào)光方式，如圖3所示。COMP端接一正向?qū)▔航递^低的二極管的正端D5，當(dāng)PWM信號(hào)高時(shí)，對(duì)COMP電壓不產(chǎn)生影響；當(dāng)PWM信號(hào)低時(shí)，拉低COMP端電壓，從而停止芯片的PWM開(kāi)關(guān)。從圖4可以看出，在5%～100%占空比情況下，LED平均電流具有很好的線性度。

2.4 過(guò)壓保護(hù)電路和短路保護(hù)電路
    過(guò)壓保護(hù)：當(dāng)電路的輸出端開(kāi)路時(shí)，電流環(huán)不再工作。此時(shí)，輸出電壓由穩(wěn)壓管Z1、電阻Rz和Rsen控制，其穩(wěn)定電壓值為VZ+VFB。一般情況下，該值需要大于LED串聯(lián)電壓值，否則LED無(wú)法得到期望電流。過(guò)壓保護(hù)電路如圖5所示。

    短路保護(hù)： 為了防止LED串短路對(duì)電路造成損壞，可以加入短路保護(hù)電路。當(dāng)LED串短路時(shí)，Rsen上會(huì)產(chǎn)生一較高電壓，三極管Q觸發(fā)導(dǎo)通。MOSFET的門(mén)極電壓變?yōu)榈碗娖剑琈OSFET關(guān)斷。短路保護(hù)電路如圖6所示。

2.5 控制環(huán)路測(cè)試[2]
    由于LED驅(qū)動(dòng)電路不同于一般的開(kāi)關(guān)電源電路，無(wú)法在上分壓電阻處加入擾動(dòng)信號(hào)，因此，必須借助于一個(gè)運(yùn)算放大器來(lái)測(cè)量LED驅(qū)動(dòng)電路的環(huán)路。因?yàn)檫\(yùn)放的輸出端是低阻，芯片的FB端是高阻，所以可以在運(yùn)放輸出端和FB之間加入100 ?贅電阻，如圖7所示。

2.6 藍(lán)光LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)實(shí)例
    設(shè)計(jì)要求：輸入電壓12 V，負(fù)載為6個(gè)LED串聯(lián)，輸出電流1 A。
    采用如圖8所示的負(fù)壓型Buck電路作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)。通過(guò)改變Q2門(mén)極PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，實(shí)現(xiàn)LED調(diào)光的目的。

    在12 V輸入電壓條件下，采用負(fù)壓型的Buck電路可以實(shí)現(xiàn)對(duì)6個(gè)串聯(lián)LED的驅(qū)動(dòng)，并且該電路具有短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、PWM調(diào)光等功能。相對(duì)于專有的大功率LED升壓驅(qū)動(dòng)芯片方案，負(fù)壓型Buck驅(qū)動(dòng)方案性價(jià)比更高。

參考文獻(xiàn)
[1] 劉松，丁穎.汽車電子系統(tǒng)中負(fù)壓變換器的設(shè)計(jì)[J].電子設(shè)計(jì)應(yīng)用，2009(4)：107-109.
[2] 劉松，張龍，顧巍.基于降壓轉(zhuǎn)換器的LED驅(qū)動(dòng)器反饋環(huán)路設(shè)計(jì)及測(cè)試[J].電子設(shè)計(jì)應(yīng)用，2009(6)：58-59.