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如何選擇LED�(qū)動電源的拓撲�(jié)�(gòu)

編輯:admin 2014-06-25 14:53:40 瀏覽�973  來源�

LED 的高可靠�(使用 壽命超過 50�000 個小�)、較高的效率(�120 流明/�)以及近乎瞬時的響�(yīng)能力使其成為極具吸引力的光源。與白熾燈泡 200mS 的響�(yīng)時間相比,LED 會在短短 5nS 響應(yīng)時間�(nèi)�(fā)光。因此,目前它們已在汽車行�(yè)的剎車燈中得到廣泛采用�

�(qū)� LED

�(qū)� LED 并非沒有挑戰(zhàn)。可�(diào)的亮度需要用恒定電流來驅(qū)� LED,并且無論輸入電壓如何都必須要保持該電流的恒定。這與僅僅將白熾燈泡連接到電池來為其供電相比更具有挑�(zhàn)性�

LED 具有類似于二極管的正� V-I 特性。在低于 LED 開啟閾�(白光 LED 的開啟電壓閾值大約為 3.5V)時,通經(jīng)� LED 的電流非 常小。在高于該閾值時,電流會以正向電壓形式成指數(shù)倍遞增。這就允許� LED 定型為帶有一個串�(lián)電阻的電壓源,其中帶有一� 警示說明:本模型僅在單一的工� DC 電流下才有效。如� LED 中的 DC 電流�(fā)生改變,那么該模型的電阻也應(yīng)隨即改變,以反映� 的工作電流。在大的正向電流下,LED 中的功率耗散會使�(shè)備發(fā)熱,此舉將改變正向壓降和動態(tài)阻抗。在確定 LED 阻抗時充分考慮散熱�(huán)境是非常重要的�

�(dāng)通過降壓�(wěn)壓器�(qū)� LED 時,LED 常常會根�(jù)所選的輸出濾波器排列來傳導(dǎo)電感� AC 紋波電流� DC 電流。這不僅會提高 LED 中電流的 RMS 振幅,而且還會增大其功耗。這樣就可提高�(jié)溫并� LED 的使用壽命產(chǎn)生重要影響。如果我們設(shè)定一� 70%的光輸出限制作為 LED 的使用壽命,那么 LED 的壽命就會從 74 攝氏度度下的 15�000 小時延長� 63 攝氏度度下的 40�000 小時。LED 的功率損耗由 LED 電阻乘以 RMS 電流的平方再加上平均電流乘以正向壓降來確定。由于結(jié)溫可通過平均功耗來確定,因此即使是 較大的紋波電流對功耗產(chǎn)生的影響也不大。例如,在降壓轉(zhuǎn)換器中,等于 DC 輸出電流 (Ipk-pk = Iout) 的峰至峰紋波電流會增加不� � 10% 的總功率損耗。如果遠遠超過上面的損耗水平,那么就需要降低來自電源的 AC 紋波電流以便使結(jié)溫和工作壽命保持不變� 一條非常有用的�(jīng)驗法則是�(jié)溫每降低 10 攝氏度,半導(dǎo)體壽命就會提高兩倍。實際上,由于電感器的抑制作用,因此大多�(shù)�(shè)計就 趨向于更低的紋波電流。此外,LED 中的峰值電流不�(yīng)超過廠商所�(guī)定的最大安全工作電流額定值�

LED�(qū)動電源的拓撲�(jié)�(gòu)選擇分析

采用AC-DC電源的LED照明�(yīng)用中,電源轉(zhuǎn)換的�(gòu)建模塊包括二極管、開�(guān)(FET)、電感及電容及電阻等分立元件用于�(zhí)行各自功能,而脈寬調(diào)�(PWM)�(wěn)壓器用于控制電源�(zhuǎn)換。電路中通常加入了變壓器的隔離型AC-DC電源�(zhuǎn)換包含反激、正激及半橋等拓撲�(jié)�(gòu),參見圖3,其中反激拓撲�(jié)�(gòu)是功率小�30 W的中低功率應(yīng)用的標準選擇,而半橋結(jié)�(gòu)則最適合于提供更高能�/功率密度。就隔離�(jié)�(gòu)中的變壓器而言,其尺寸的大小與開關(guān)頻率有關(guān),且多數(shù)隔離型LED �(qū)動器基本上采用“電子”變壓器�

1

�1:LLC半橋諧振拓撲�(jié)�(gòu)

采用DC-DC電源�LED照明�(yīng)用中,可以采用的LED�(qū)動方式有電阻型、線性穩(wěn)壓器及開�(guān)�(wěn)壓器等,基本的應(yīng)用示意圖參見�4。電阻型�(qū)動方式中,調(diào)整與LED串聯(lián)的電流檢測電阻即可控制LED的正向電流,這種�(qū)動方式易于設(shè)計、成本低,且沒有電磁兼容(EMC)問題,劣勢是依賴于電壓、需要篩�(binning) LED,且能效較低。線性穩(wěn)壓器同樣易于�(shè)計且沒有EMC問題,還支持電流�(wěn)流及過流保護(fold back),且提供外部電流�(shè)定點,不足在于功率耗散問題,及輸入電壓要始終高于正向電壓,且能效不高。開�(guān)�(wěn)壓器通過PWM控制模塊不斷控制開關(guān)(FET)的開和關(guān),進而控制電流的流動�

2-2

�2:常見的DC-DC LED�(qū)動方�

開關(guān)�(wěn)壓器具有更高的能效,與電壓無�(guān),且能控制亮度,不足則是成本相對較高,復(fù)雜度也更高,且存在電磁干�(EMI)問題。LED DC-DC開關(guān)�(wěn)壓器常見的拓撲結(jié)�(gòu)包括降壓(Buck)、升�(Boost)、降�-升壓(Buck-Boost)或單端初級電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)等不同類型。其中,所有工作條件下最低輸入電壓都大于LED串最大電壓時采用降壓�(jié)�(gòu),如采用24 Vdc�(qū)�6顆串�(lián)的LED;與之相反,所有工作條件下最大輸入電壓都小于最低輸出電壓時采用升壓�(jié)�(gòu),如采用12 Vdc�(qū)�6顆串�(lián)的LED;而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時可以采用降壓-升壓或SEPIC�(jié)�(gòu),如采用12 Vdc�12 Vac�(qū)�4顆串�(lián)的LED,但這種�(jié)�(gòu)的成本及能效最不理想�

采用交流電源直接�(qū)動LED的方式近年來也獲得了一定的�(fā)展,其應(yīng)用示意圖參見�5。這種�(jié)�(gòu)中,LED串以相反方向排列,工作在半周期,且LED在線路電壓大于正向電壓時才導(dǎo)通。這種�(jié)�(gòu)具有其優(yōu)勢,如避免AC-DC�(zhuǎn)換所帶來的功率損耗等。但是,這種�(jié)�(gòu)中LED在低頻開�(guān),故人眼可能會察覺到閃爍�(xiàn)象。此外,在這種�(shè)計中還需要加入LED保護措施,使其免受線路浪涌或瞬態(tài)的影響�

3-3

�3:直接采用交流驅(qū)動LED的示意圖

  

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