大功率LED高頻驅(qū)動電路設(shè)計方案

　　實驗表明大功率LED 在高頻驅(qū)動下發(fā)光亮度與持續(xù)恒流驅(qū)動相比變化不大， 但發(fā)熱量卻有明顯的下降。LED 在一個脈沖周期內(nèi)只有高電平時才導(dǎo)通發(fā)光產(chǎn)生， 而在低電平時LED 熄滅， 此時LED 熱量迅速輻射出去。頻率越高單位時間內(nèi)LED與空氣熱交換次數(shù)越多， LED芯片溫度越低。為了散熱大功率LED芯片大多數(shù)是貼裝在鋁基板上的， 鋁基板與空氣之間主要是通過對流的方式進行熱傳遞的。LED 持續(xù)點亮?xí)r， LED芯片溫度變化緩慢， 鋁基板附近一個區(qū)域內(nèi)有一個溫度梯度， 形成層流區(qū)域。LED 在高頻驅(qū)動下芯片溫度會不斷地變化， 溫度梯度被打破， 鋁基板附近就形成了湍流區(qū)域。由熱力學(xué)知識可知湍流的對流換熱系數(shù)遠遠大于層流的對流換熱系數(shù)， 那么在單位時間內(nèi)鋁基板向湍流區(qū)域發(fā)散的熱量就要遠遠大于層流區(qū)域。由此可知LED 在高頻驅(qū)動下發(fā)熱量比持續(xù)導(dǎo)通時低。這樣采用高頻驅(qū)動方式LED 可以有效地降低芯片的溫度， 從而減小LED 光衰， 延長LED 使用壽命， 另外也有助于簡化LED 燈具的散熱設(shè)計。由于受到LED 和驅(qū)動器件的響應(yīng)時間的限制，以及高頻本身會引起器件發(fā)熱， 采用基于恒流二極管高頻驅(qū)動源的頻率應(yīng)小于2MH z。

　　LED 調(diào)光主要有模擬調(diào)光和PWM 調(diào)制調(diào)光兩種方式。由于LED 在低電流時會產(chǎn)生色衰， 因此模擬調(diào)光一般不常用。PWM 調(diào)制通過改變脈沖占空比來實現(xiàn)， 調(diào)節(jié)二極管D1負極輸入高頻脈沖的占空比， 即可實現(xiàn)LED調(diào)光。

圖5 基于恒流二極管的5W 白光LED高頻驅(qū)動電路

　　圖5為基于恒流二極管的5W 白光LED高頻驅(qū)動電路。高頻自激式開關(guān)電路將交流市電轉(zhuǎn)換為20V 直流電， 經(jīng)恒流二極管2THL300后輸出電流恒定為300mA。在開關(guān)電路中高頻變壓器磁芯為EE 16, 原邊N 1繞制12圈， N2 繞制210圈， 副邊繞制40圈。

　　D5 為6. 2 V 穩(wěn)壓二極管， 用以穩(wěn)定輸出電壓， Q 1為功率型開關(guān)管M JE13003, D16 為鍺管。由NE555 構(gòu)成頻率為200 kH z占空比1 /6 ~ 5 /6 可調(diào)的高頻脈沖發(fā)生電路， 用來控制恒流二極管通斷。5顆1W 白光LED串聯(lián)， 每顆LED電流相同， 發(fā)光亮度一致。調(diào)節(jié)可調(diào)電阻R 9實現(xiàn)PWM調(diào)光。

　　4 小結(jié)

　　筆者介紹的高頻LED 驅(qū)動電路使用恒流二極管實現(xiàn)了LED的高效恒流驅(qū)動。由于恒流二極管的工作電壓范圍比較寬， 在輸入直流電壓大范圍波動時，驅(qū)動電路仍然能夠保證恒定電流輸出， 且不會因負載短路而燒毀。通過調(diào)節(jié)高頻脈沖信號的占空比很容易實現(xiàn)調(diào)光， 并且不會出現(xiàn)LED色度偏移現(xiàn)象。采用高頻方式驅(qū)動減小LED 的發(fā)熱量， 從而簡化了LED燈具的散熱設(shè)計。另外采用高頻恒流驅(qū)動方式相比持續(xù)恒流驅(qū)動可以節(jié)省40%左右的電能， 達到了高效節(jié)能的目的。

　　主要創(chuàng)新點是通過在驅(qū)動回路中串入大電流恒流二極管， 實現(xiàn)驅(qū)動源恒電流輸出。高頻脈沖信號控制恒流二極管通斷， 瞬態(tài)驅(qū)動大功率LED, 有效地降低了LED芯片發(fā)熱， 節(jié)能40% 左右。