基于一种利用电池组来驱动白光LED串实现亮度一致的设计

基于一种利用电池组来驱动白光LED灯珠串实现亮度一致的设计? 

   为驱动一个以上的高亮度白光LED灯珠，设计工程师需要选择是串联连接LED灯珠或是并联连接LED灯珠。并联连接只需在每个LED灯珠两端施加较低的电压，但需要利用镇流电阻或电流源来保证每个LED灯珠的亮度一致。如果流过每个LED灯珠的偏置电流大小不同，则它们的亮度也不同，从而导致整个光源亮度不均匀。然而，利用镇流电阻或电流源来保证LED灯珠的亮度一致将缩短电池的使用寿命。　　采用串联连接本质上可以很好保证电流的一致性，但需要给LED灯珠串施加较高电压。为达到适当的照明亮度，普通白光LED灯珠需要3.6V偏置电压和20mA的偏置电流。图1给出了可以调节7个白光LED灯珠串亮度的低成本电感型升压电路。　　这个电路可以分成两个部分：由Q1和Q2组成的升压电路，以及由Q3和JFET1组成的控制电路。假设Q1截止，当电池电压略高于Q2的VVB时，Q2基极将流过正电流（iB=（电池电压VBE）/RJET1）。此时，Q2导通，电感L1接地。　　基于一种利用电池组来驱动白光LED灯珠串实现亮度一致的设计随着L1上的电流以di/dt的速度增大，能量在L1磁场中保存起来。随着电流逐渐增大，它也流过Q2的电阻RSAT（SD1和LED灯珠串处于截止状态）。Q2的集电极电压足够高，能使Q1导通。Q1的基极电压通过由R1和C1组成的前馈网络连到Q2的集电极。R1也被用来限制Q1的基极电流。　　Q1导通后，驱动Q2的基极接地，于是Q2截止，L1的能量随着磁场减弱被释放到LED灯珠串中。　　L1的快速回零动作在LED灯珠串上施加了高于26V的正向偏置电压，使LED灯珠发出白光。由于人眼感觉不到LED灯珠的高频闪烁，所以该电路可提供亮度恒定的照明。当L1放电结束后，Q1返回到截止状态。　　正常工作时，这个自振荡动作重复进行，直到电池电压下降到小于Q2的VBE 与JFET1压降（大约1V）之和，这时Q2不再导通。L1、Q2的 RSAT和Q1、Q2的开关特性也会影响振荡周期和占空比。　　电池组（4个碱性电池）的电压被提高到26V以上，以便向由7个串联的白光LED灯珠组成的LED灯珠串提供正向偏置。　　流经R4的小直流电流（不到20uA）对Q3进行偏置，以调节JFET1的通道电阻，从而调节电池漏电流以延长电池寿命。JFET1的栅极电压比电池组电压高0.9V左右。这里p-JFET被用作耗尽型器件，当VGS等于零时，p-JFET导通。　　ET的源极连接电池端子。设计工程师可通过提高栅极电压（比电池正电压更高）来关断该通道。栅极电压比电池电压越高，通道电阻就越大。　　因此，当电池组电压从6V下降到3V时，振荡频率下降（JFET1的VGS将略有变化）。此时，LED灯珠的亮度略微下降。理想情况下，控制环路将保持LED灯珠电流不变。但人眼对光的灵敏度服从准对数关系，因此在电池组电压下降到2V左右以前，亮度的小幅度线性下降不易被察觉。　　另一种方案是保持电池的输出功率（电流与电压之积）不变。由于存在电池内阻损耗，虽然这样做可保持LED灯珠亮度不变，但将缩短电池寿命，此外电路的复杂性也将大大提高。总之，这个简单电路的LED灯珠亮度将在整个电池寿命期间变化很小。　　可以稍微调节LED灯珠串的亮度，比如设计工程师通过稍微改变R2的阻值来针对三极管和LED灯珠的制造偏差进行调节，这样光输出（单位：流明）可被设为固定值。　　当电池组能量即将耗尽时，可以把发光暗淡的LED灯珠串短路，而只连接一个LED灯珠，这时只要电池组还有1V的剩余电压，就可以让这个LED灯珠发出强光。这种单LED灯珠连接方式可以利用废弃的电池提供紧急照明。　　从安全方面考虑，当使用碱性电池时所有电池必须匹配。当电池组中能量少的电池的能量完全耗尽，而其它电池还有足够能量对能量耗尽的电池形成反向偏压时，将导致能量耗尽的电池过热并泄漏乳状酸液，从而产生安全问题。　　为实现电池匹配，应保证用同一包装的新电池同时更换全部4个电池。4个AA碱性电池的额定容量为4×1000mAh，这意味着LED灯珠可以连续照明约61个小时。电路原型的测试结果表明其连续照明时间为两天（48小时）多一点。