讓LED永不熄滅：開關模式電源設計方案概述

驅(qū)動開關模式下的多個高功率LED并實現(xiàn)均勻亮度、調(diào)光功能及功率因數(shù)補償并不是一件簡單的事情，然而對于專業(yè)的電源設計師來說，只需一天時間便可滿足全部的設計要求。我們所說的“驅(qū)動LED”就是指“設計合適的電源”。但如果你不是專業(yè)的電源設計工程師，那么這個設計方案可以說是個不小的挑戰(zhàn)。

　　切勿望而生畏

　　近年來，LED照明方案的需求旺盛。無論你的能力水平如何，你都可以獲得大量可選擇的電源設計方案。如果你的目標是設計整個照明設備，你還可以參考更多其他的設計方案，包括熱管理及光學系統(tǒng)。本文將集中介紹電源設計。

　　在進行電源設計之前，必須先解決電源負載的問題。為此，需要考慮以下幾個因素：

　　功率需求 — 你想要驅(qū)動多少個LED燈？是1W、3W還是5W的LED燈？每個串聯(lián)線路上的LED燈是否是固定數(shù)量，還是需要根據(jù)輸出電壓范圍調(diào)整電源供電？你期望的電源亮度如何？Cree公司提供一個優(yōu)秀在線工具，可幫助工程師確定其應用設計所需LED燈的數(shù)量。

　　連接方案 — 你是想采用串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)方式驅(qū)動LED燈？若需要使每一組的所有LED亮度保持一致，一般建議采用串聯(lián)配置。但若輸出電壓有問題，則建議采用并聯(lián)方式。

　　正向電壓(VF))— 不僅電路中各LED燈的VF 值不同，同時具備不同顏色及不同芯片技術的典型LED正向電壓也不一樣。以下是Avago公司ASMT-Ax00 1W系列設備的相關數(shù)據(jù)：

　　LED發(fā)光顏色芯片類型VF，最小值VF，規(guī)格值VF，最大值電流

　　暖白色InGaN2.83.23.5350mA

　　紅色AlInGaP1.72.12.3350mA

　　藍綠色InGaN3.03.43.8350mA

　　特性 — 實現(xiàn)調(diào)光及功率因數(shù)補償?shù)忍匦跃鶎⒃黾釉O計的復雜度。通過改變LED的持續(xù)正向電流或進行脈寬調(diào)制(PMW)便可實現(xiàn)調(diào)光功能；而通過PWM輸出，利用低成本微控制器便可實現(xiàn)最大限度的控制及靈活性，但必須與電源電路進行精確集成。至于功率因數(shù)補償(PFC)，若是由于尺寸或預算限制而無法實現(xiàn)傳統(tǒng)PFC，那么你還有其他選擇，例如安森美半導體公司就提供一套基于NCL3000臨界導電模式控制器的單段式高功率因數(shù)LED驅(qū)動方案。

　　拓撲結構 — 任何人都不希望成為有偏見的人，包括我自己，但由于我成長于半導體領域，不可避免地傾向于采用開關模式進行所有設計(我有一些要好的朋友則是線性設計師)。LED照明及開關模式電源的一個最大賣點就是高能效，那么為什么不就此設計電源呢？若決定采用LED照明及開關模式，那么你需要考慮以下幾個問題：你的照明應用是采用直流還是離線式？如果采用離線式，是否需要進行隔離或通用輸入？你希望LED燈組同步還是異步？每一個拓撲結構在實現(xiàn)你的應用需求時都有各自的優(yōu)點和缺點。

　　在開始電源設計之前，需要考慮的最后一個重要問題是確定自己的能力水平。專業(yè)的電源設計師即使從零開始進行電源設計都會覺得比較輕松，但我們當中真正算得上是電源設計師的人卻寥寥無幾。你可以根據(jù)自身的設計目標，分別參考以下三種方案：　　購買成品電源

　　盡管采用他人設計的電源方案通常讓人沒有什么成就感，但它卻是工程師構建LED照明的最簡便方法。即使是這種情況，工程師也有一些極佳的選擇。臺灣明緯公司提供的離線式LED電源包裝精美，適用于室內(nèi)室外應用，同時具備調(diào)光、綜合保護、PFC及通用交流輸入等功能，用業(yè)內(nèi)話來說就是“功能完整”的小家伙。若你還有其他功能需求，該公司還可提供更多基礎的可選方案。

　　修改成熟的參考設計

　　如果你在電源設計方面沒有經(jīng)驗，這對你可能是最好的方法，尤其當你受限于某個專有設計方案時。像德州儀器(TI)及意法半導體等半導體巨頭公司都在其官網(wǎng)上公布了完整的參考設計方案，包括原始電路圖、物料清單及應用筆記，有時候甚至還有Gerber文件。你可以通過查看TI、意法半導體及 凌力爾特等供應商的參考設計，從而獲得可靠的資源開始產(chǎn)品設計。此外，請盡量保持謙謙君子的風度，也就是說，當你在修改某個供應商的參考設計時，你在設計、原型及生產(chǎn)制造整個設計流程中都應該購買該供應商的產(chǎn)品。

　　孤注一擲

　　如果你想從零開始設計自己的電源，那你就不會有任何阻礙，可能偶爾煩躁一下燒焦的指尖或是帶著煙味的頭發(fā)。重要的是，你必須清楚這里所謂的孤注一擲并不是說“獨自一人”。生命太短暫了，一個人不可能在真空環(huán)境中獨自完成設計。你需要找到一個聚集同行或?qū)＜业某蓡T社區(qū)，例如e絡盟社區(qū)，以便咨詢問題及交換意見。

　　若采用參考設計進行產(chǎn)品研發(fā)，你最好先研究一下提供該參考設計的供應商。正如上文提到的Cree公司，它可提供一些有用的設計指南；德州儀器則提供模塊圖及在線PowerLab？ 參考設計數(shù)據(jù)庫；而凌力爾特則在其官網(wǎng)上為設計師提供各類應用與設計筆記以及參考電路。此外，意法半導體 、NXP及安森美半導體也都提供類似資源以幫助設計師進行LED電源設計。

　　更為幸運的是，你還可獲取一些優(yōu)秀的經(jīng)濟型圖形捕捉及布局軟件用于電源設計。而當你做好一切準備工作并開始構建方案時，你還可輕松獲得價格實惠的PCB 設計服務，保證快速報價及需求響應。

　　對于專業(yè)工程師及類似的創(chuàng)客們來說，孤注一擲是最具趣味的一種方案。你可以獲取全球的豐富資源，并使用價格實惠的電路設計軟件及一流的原型設備，這是有史以來可使你自己化身ODM的最佳時機。所以，讓LED永不熄滅吧！