基于飛兆半導(dǎo)體FAN100的LED系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：隨著高功率LED的出現(xiàn)，LED的使用壽命及電源轉(zhuǎn)換效率成為設(shè)計(jì)LED照明系統(tǒng)時(shí)的主要考慮因素，基于飛兆半導(dǎo)體FAN100設(shè)計(jì)出高效率、高穩(wěn)定性的LED照明系統(tǒng)，首先給出了硬件電路，接著分析了電路的性能，最后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真。從仿真結(jié)果可以看出本系統(tǒng)在溫度波動(dòng)比較大的范圍內(nèi)比較穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：電源設(shè)計(jì)；LED；寬范圍

O 引言
所有發(fā)光二極管無(wú)論其燈光顏色、尺寸大小或功率有甚不同，只要驅(qū)動(dòng)的電流恒定不變，它們都能充分發(fā)揮其性能。發(fā)光二極管生產(chǎn)商都會(huì)列明產(chǎn)品的規(guī)格，例如，數(shù)據(jù)表上會(huì)列出產(chǎn)品在指定正向電流(IF)而非正向電壓(VF)驅(qū)動(dòng)下的流明、光束波形及顏色。發(fā)光二極管的亮度隨電流的大小而不同，且制造出來(lái)的發(fā)光二極管，其電壓與電流曲線稍有差異，因而LED照明的亮度常隨電源電壓的變動(dòng)而無(wú)法穩(wěn)定。為維持亮度穩(wěn)定一致，需要發(fā)光二極管恒流驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。恒流驅(qū)動(dòng)器可以使得發(fā)光二極管工作在固定電流模式，因而亮度穩(wěn)定性高。恒流驅(qū)動(dòng)器也讓發(fā)光二極管長(zhǎng)期工作在一定電流下，使其維持較長(zhǎng)壽命。發(fā)光二極管照明優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能、安全，但由于恒定電流工作考慮，能耗亦相對(duì)增加，因此照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)以低能耗為目標(biāo)。前面提到恒流驅(qū)動(dòng)器的壓降在2 V以內(nèi)，即是考慮低能耗的設(shè)計(jì)，若系統(tǒng)的電源端電壓與串接發(fā)光二極管壓降超過(guò)2 V以上，則需考慮以電壓轉(zhuǎn)換器來(lái)達(dá)到低能耗目標(biāo)，但仍維持恒定電流工作模式。低能耗的電壓轉(zhuǎn)換器是以開(kāi)關(guān)式方式工作，依據(jù)反饋電路控制開(kāi)關(guān)周期，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓。但為了維持發(fā)光二極管恒定電流工作狀態(tài)，反饋電路是以輸出電流來(lái)控制轉(zhuǎn)換器開(kāi)關(guān)周期。
目前市場(chǎng)上電源輸入系統(tǒng)為兩類：一類前端為AC電源輸入系統(tǒng)加上后端的電流控制模塊，此類產(chǎn)品包括冷凍柜燈條、室內(nèi)燈具、路燈、臺(tái)燈、MRl6、ARlll等。另一類為交流電源直接輸入系統(tǒng)整合AC／DC轉(zhuǎn)換器和恒定電流線路，此類產(chǎn)品包括E27和GUl0等燈泡型LED燈、PAR燈、T5和T8LED燈管。
本文采用恒流源驅(qū)動(dòng)二極管發(fā)光，發(fā)光二極管電流減小時(shí)，恒流源電路采集到變化(減小)的電流值，進(jìn)行放大后，傳輸給控制電路，控制電路對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行反相處理，輸出脈沖寬度增大，寬度增大的輸出脈沖驅(qū)動(dòng)功率轉(zhuǎn)換級(jí)的功率管，使得次級(jí)輸出電壓增加，這樣，串聯(lián)LED兩端的電壓也增大，于是，流過(guò)發(fā)光二極管的電流也增大，這就維持了發(fā)光二極管的電流恒定，同樣，若由于某種原因，使發(fā)光二極管的電流增大時(shí)，其控制過(guò)程相反，采用恒流源驅(qū)動(dòng)的方法，可克服大功率發(fā)光二極管管壓降的不一致和因溫度特性較差，管子的電流和發(fā)光效率變化的缺點(diǎn)。

1 硬件電路
1．1 FANl00簡(jiǎn)介
FANl00是一個(gè)初級(jí)端調(diào)節(jié)PWM控制器，以滿足高亮度(high brightness，HB)發(fā)光二極管(LED)市場(chǎng)的關(guān)鍵性需求。采用內(nèi)置專有TRUECURRENTTM技術(shù)和嚴(yán)格的恒壓(constant voltage，CV)范圍，實(shí)現(xiàn)最精確的恒流(constant current，CC)控制，而無(wú)需使用次級(jí)端反饋電路。通過(guò)在較寬的電壓范圍內(nèi)精確恒流，同樣的電路就可以用于數(shù)目不同的成串LED，從而提高設(shè)計(jì)靈活性、縮短上市時(shí)間，并延長(zhǎng)HBLED的使用壽命。由于這些PSR PWM控制器的高集成度，因此可以節(jié)省線路板空間，以配合燈泡外形尺寸不斷縮小的發(fā)展趨勢(shì)。
FANl00具有專有的節(jié)能模式，提供關(guān)斷時(shí)間調(diào)制功能，以線性方式減小輕負(fù)載狀況下的PWM頻率。另外，它們還通過(guò)減少次級(jí)端反饋電路和組件，最大限度地減小功耗(無(wú)負(fù)載下待機(jī)功耗O．15 W)。所有這些節(jié)能特性都是使電源符合嚴(yán)苛的能效法規(guī)所不可或缺的。此外，這些PSRPWM控制器更提供了穩(wěn)健的保護(hù)功能如欠壓鎖定(UV-LO)、過(guò)壓保護(hù)(OVP)和過(guò)熱保護(hù)(OTP)。
1．2 整體電路
整體電路如圖1所示。