工程師如何選擇LED恒流源周邊器件

在設(shè)計(jì)LED恒流源時(shí)為保持嚴(yán)格的滯環(huán)電流控制,電感必須足夠大,保證在HO,ON 期間,能向負(fù)載供應(yīng)能量,避免負(fù)載電流顯著下降,導(dǎo)致平均電流跌到期望值以下.

首先,我們來(lái)看一下電感的影響,假設(shè)沒有輸出電容(COUT)的存在,這樣負(fù)載電流和電感電流完全一致,能更清楚地說(shuō)明電感的影響.下圖給出了在輸入電壓的變化范圍內(nèi),電感值對(duì)頻率的影響.可以看出,輸入電壓對(duì)頻率的影響很大,電感值在輸入低電壓時(shí)對(duì)降低頻率有很大影響.(注:您的不一定是和參考圖完全一樣,我在此只是說(shuō)明問題)

上圖是不同電感值下的頻率響應(yīng).下圖說(shuō)明了電感減小時(shí),在輸入電壓的變化范圍內(nèi),負(fù)載電流的變化明顯增大.

下圖給出了頻率根據(jù)不同的輸出電壓和不同的電感值的變化曲線.

下圖, 說(shuō)明了電感減小時(shí),在輸出電壓的變化范圍內(nèi),負(fù)載電流的波動(dòng)明顯增大.

LED的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲(audible noise,或者microphonic noise).通常白光LED驅(qū)動(dòng)器都屬于開關(guān)電源器件(buck、boost 、charge pump等),其開關(guān)頻率都在1MHz左右,因此在驅(qū)動(dòng)器的典型應(yīng)用中是不會(huì)產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲.但是當(dāng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行開關(guān)調(diào)節(jié)的時(shí)候,如果PWM信號(hào)的頻率正好落在200Hz到20kHz之間,白光LED驅(qū)動(dòng)器周圍的電感和輸出電容就會(huì)產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲.所以設(shè)計(jì)時(shí)要避免使用20kHz以下低頻段.

我們都知道,一個(gè)低頻的開關(guān)信號(hào)作用于普通的繞線電感(wire winding coil),會(huì)使得電感中的線圈之間互相產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),該機(jī)械振動(dòng)的頻率正好落在上述頻率,電感發(fā)出的噪音就能夠被人耳聽見.電感產(chǎn)生了一部分噪聲,另一部分來(lái)自輸出電容.

選擇電感感值大小在參考設(shè)計(jì)范圍左右最多的是您的經(jīng)驗(yàn)值,合適的選擇感值主要需要考慮的條件是線路工作在合適的頻率范圍、合適的開關(guān)頻率減少M(fèi)OS開關(guān)次數(shù),減少mos發(fā)熱量、避免與同PCB線路同頻干擾;選擇合適的電感內(nèi)阻,內(nèi)阻是電感發(fā)熱的主要因數(shù),從而提高線路效率;選擇合適的電流值,有時(shí)體積和成本是制約主要因數(shù),但是還是要大于峰值電流的2倍(通常在65%),就算在板級(jí)空間十分珍貴的情況下也要保證30%預(yù)留空間余量,這樣可以有效的減小內(nèi)阻,減小發(fā)熱量;質(zhì)量不好、繞制松散電感器件也會(huì)有噪聲;未屏蔽的電感在金屬外殼安裝時(shí)會(huì)發(fā)生線路震蕩頻率改變,從而產(chǎn)生噪聲,這時(shí)需要將電感屏蔽;另外,當(dāng)被屏蔽干擾信號(hào)的波長(zhǎng)正好與金屬機(jī)殼的某個(gè)尺寸接近的時(shí)候,金屬機(jī)殼很容易會(huì)變成一個(gè)大諧振腔,即:電磁波會(huì)在金屬機(jī)殼內(nèi)來(lái)回反射,并會(huì)產(chǎn)生互相迭加.

為了獲得最佳的效率,應(yīng)選用鐵氧體磁芯電感器.應(yīng)選擇一個(gè)能夠在不引起飽和的情況下處理必須的峰值電流的電感器,確保該電感銅線低的DCR(銅線電阻).以便減小I2R功耗.切記電感銅線絕緣層耐不了160度或長(zhǎng)時(shí)間高溫溫度環(huán)境,SMT有時(shí)也會(huì)有影響,會(huì)使得電感感值發(fā)生嚴(yán)重變化,要仔細(xì)了解供應(yīng)商產(chǎn)品溫度忍耐限度要求.

EMC電感選擇:

EMC電感用在輸入和輸出過濾器可以用來(lái)減少傳導(dǎo)干擾,用于低于EMC標(biāo)準(zhǔn)的限制設(shè)計(jì).所有的電感器都需要鐵粉磁心而非鐵氧體.在它飽和前,可以處理更大電流,需要依據(jù)負(fù)載選擇合適的電流值.

制作濾波電感,選用何種磁心材料,除了必須注意防止磁心飽和問題外,還必須考慮到磁心的恒磁導(dǎo)特性.需要指出,有些設(shè)計(jì)人員往往只注意電感量的指標(biāo),選擇磁導(dǎo)率高的材料,以減少線圈的匝數(shù),而對(duì)于電感額定電流較大時(shí),電感量是否減少,減少到什么程度,會(huì)不會(huì)達(dá)到飽和,考慮較小.這是應(yīng)該注意避免的.

由于鐵粉心具有飽和磁通密度高,恒磁導(dǎo)特性好,價(jià)格便宜,而得到了廣泛應(yīng)用.