Чтобы собрать драйвер светодиода с высоким КПД, необходимо подобрать преобразователь с полевыми транзисторами в выходном каскаде, собранный по синхронной топологии, которая позволяет избежать лишних потерь энергии на выпрямительном диоде. Про принцип работы синхронного преобразователя в статье не рассказывается, так как информации полно в интернете. Итак, выбор пал на микросхему ST1S10 производства ST Microelectronics:

Выбор сделан не случайно, а именно по следующим критериям:

• малая цена;
• синхронная топология;
• выходной каскад интегрирован в корпус, и выполнен на полевых транзисторах;
• малое число внешних компонентов, т.к. для синхронной топологии не требуется выпрямительный диод, а выходной каскад встроен в микросхему;
• высокий КПД (не менее 90 %);
• легко паяемый корпус SOIC-8E.

Изначально схема из даташита выглядит вот так:

При таком включении схема является преобразователем со стабилизацией по напряжению. Но мне нужна стабилизация по току, так как я собираюсь питать светодиоды. Поэтому я добавил в схему шунт, операционный усилитель LM358, и подключил всё это дело к микросхеме преобразователя ST1S10. Ну и ещё добавил некоторые мелочи типа индикатора питания, итд. Схема приобрела следующий вид:

Настройка выходного тока осуществляется подбором номиналов резисторов R2 и R3. Предположим, нам нужно рассчитать сопротивления резисторов R2 и R3 для выходного тока 0,65А. Для начала рассчитаем напряжение, падающее на шунте R1 при протекании тока 0.65А.

R_шунта * I_светодиода = U_падения_шунта
0,051 * 0,65 = 0,03315

При протекании тока 0,65А напряжение на шунте R1 составит 0,03315 Вольт. Нам нужно усилить это напряжение в N раз, чтобы получить напряжение компаратора ST1S10. Смотрим в даташит. Напряжение компаратора ST1S10 составляет 0,8 Вольт. Рассчитаем коэффициент усиления ОУ:

U_компаратора / U_падения_шунта = N_раз_усиление_оу
0,8 / 0,03315 = 24,13

Нам нужно усилить напряжение на шунте в 24,13 раз. Для этого в схеме применён ОУ LM358, включенный по схеме неинвертирующего усилителя. Резисторы R2 и R3 задают коэффициент усиления, который рассчитывается по формуле:

N_раз_усиление_оу = 1 + ( R2 / R3 )

Немного изменим формулу — вынесем единичку из под знака равенства:

24,13 = 1 + ( R2 / R3 )
24,13 — 1 = 23,13
23,13 = ( R2 / R3 )

Таким образом, соотношение сопротивлений R2/R3 должно быть примерно 23,13. Подбираем любые номиналы, которые нам удобны.
Например, 51K / 2,2K = 23,18
Считаем получившийся ток на выходе драйвера:

0,8 / 23,18 = 0,0345125107851596
0,0345125107851596 / 0,051 = 0,6767158977482279

Ток на выходе составит 676 мА, если не учитывать погрешность резисторов. С учётом погрешности резисторов, возможно потребуется подгонка номиналов под конкретный ток. Я использовал резисторы с погрешностью 5%, поэтому ток получился немного не по расчётам (получилось примерно 710 мА). Чтобы избежать подобных проблем, можно использовать резисторы с погрешностью не более 1%.

К выходу драйвера я подключил 2 светодиода, соединённых последовательно. Каждый светодиод мощностью 3 Вт, номинальный ток 700 мА. Светодиоды я закрепил на процессорном радиаторе от компа. Максимально допустимое напряжение питания схемы 18 Вольт. Минимальное напряжение питания равно напряжению падения на светодиодах + 1…2 B.

Радиатор:

Фото платы, вид сверху. Вместо индуктивности на 3,3 мкГн установлена индуктивность на 47 мкГн:

Вид со стороны дорожек. Вместо операционного усилителя LM358 применён TL3472C:

Размеры платы:

Светлые провода идут к светодиодам. Нижний провод «+», верхний провод «-«.

Ниже в таблице можно посмотреть получившийся КПД драйвера. Китайский мультиметр, которым проводились измерения, немного врёт, такчто цифры примерные. Однозначно могу сказать, что КПД выше 90% судя по малому нагреву схемы.

Напряжение питания, В	Ток потребления, А	Потребляемая мощность, Вт	Напряжение падения на светодиодах, В	Ток через светодиоды, А	Мощность на светодиодах, Вт	КПД, %
12,38	0,44	5,4472	7,01 (два светодиода)	0,72	5,0472	92,6
11,94	0,635	7,5819	10,38 (три светодиода)	0,69	7,1622	94,4
16,00	0,44	7,04	9,12 (три светодиода)	0,71	6,4752	91,9

Операционный усилитель LM358 можно заменить на любой другой, работающий от однополярного питания, с максимальным напряжением питания более 18 Вольт. Например, LM158, LM258, LM2904, AD8066, LM392DR, LT1013D, MAX9944ASA+, MAX44246ASA+, MAX44248ASA+, TL3472. Возможно потребуется корректировка платы под другие ОУ, если распиновка будет иная. Сопротивление шунта-резистора R1 может быть в пределах 30…100 милиОм (или 0,03…0,1 Ом), При использовании номинала R1 отличного от схемы, необходимо резисторами R2 и R3 установить желаемый выходной ток драйвера (формула есть в статье выше). Максимальный выходной ток микросхемы — 3 А (КПД при максимальной нагрузке немного снижается).

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
IC1	Операционный усилитель	LM358	1	TL3472, RC4558, TL072
IC2	DC/DC импульсный регулятор	ST1S10	1
C1, C2	Конденсатор	100мкФ 25В	2
C7	Конденсатор	470мкФ 25В	1
C3-C6, C8	Конденсатор	0.1 мкф	5
R1	Резистор	0.051 Ом	1	2512
R2	Резистор	51 кОм	1	0805
R3	Резистор	2,2 кОм	1	0805
L1	Катушка индуктивности	3,3 мкГн	1