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          在LED設(shè)計(jì)中驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇

          作者: 時間:2014-01-05 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          過去幾年來,高亮度發(fā)光二極管(HB-LED)在每封裝流明輸出和光效(單位為l m/w)方面的性能快速提升。商用的1W LED已提供有冷色溫LED(色溫5000K)的每封裝流明輸出超過1001m,光效達(dá)1001m/W ,而相同功率等級的暖色溫白光LED(色溫3000~3500K)也超過了70~801m。與兩年前相比,這些性能等級提高了30%~40%。有了這樣的性能,LED如今正逐步發(fā)展成為眾多高性能應(yīng)用中傳統(tǒng)白熾燈、鹵素?zé)艉蜔晒鉄舻那袑?shí)可行的替代光源。因此,固態(tài)照明(ssL)相當(dāng)多地滲入到了汽車、商業(yè)和景觀照明,以及城市街道照明之中。LED還能用于新應(yīng)用,如基于實(shí)際太陽能板的遠(yuǎn)程照明,因?yàn)檫@很容易借可充電電池產(chǎn)生LED所要求的直流驅(qū)動電流。此外,如果恰當(dāng)設(shè)計(jì),LED燈具的工作壽命可達(dá)3~595小時,因而顯著降低替代燈泡方面常見的維護(hù)成本。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/221783.htm


          然而,就控制及驅(qū)動這些LED而言,在使用方面存在不少矛盾之處。例如,許多照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)所使用或修改的已有電源方案并沒有充分顧及HB-LED的獨(dú)特驅(qū)動要求。如果設(shè)計(jì)人員要優(yōu)化LED照明所能提供的優(yōu)勢,必須仔細(xì)考慮驅(qū)動及控制這些器件所使用的技術(shù),從而提供高能效及高性價比的方案。HB-LED照明系統(tǒng)的主要組件包括LED發(fā)射器、電源轉(zhuǎn)換、控制及驅(qū)動、 熱管理,以及眾多應(yīng)用中會涉及到的光學(xué)組件。如果不充分考慮所有這些組件,相應(yīng)的LED照明系統(tǒng)就不太可能得到優(yōu)化。LED與大多數(shù)燈泡不一樣,是帶有指向性的光源,故在諸多應(yīng)用中,使用鏡頭、反射鏡或擴(kuò)散板來提供所需的發(fā)光圖案以及燈具的照明外觀至關(guān)重要。同樣,如果不恰當(dāng)處理熱管理問題,照明系統(tǒng)的工作壽命也會大幅縮短,從而沖抵使用長壽命 L E D的主要優(yōu)勢。電源和驅(qū)動方面對照明系統(tǒng)的長期工作同等重要。HB-LED照明設(shè)計(jì)中的供電電壓源取決于所投入應(yīng)用的類型。就建筑物及室內(nèi)照明而言,電壓源通常是交流主電源。戶外照明可能采用寬泛穩(wěn)壓的電源,如低壓交流電源、帶備用電池的太陽能板或交流主電源。在汽車應(yīng)用中,電源通常是鉛酸電池 (12Vdc)。


          如果沒有某種形式的電源轉(zhuǎn)換,應(yīng)當(dāng)避免使用電壓源來驅(qū)動LED發(fā)射器,這是由于正常的電壓波動會造成LED電流大幅變化,因?yàn)長ED的電壓/電流(V/I)曲線非常陡峭;在不同驅(qū)動電流、溫度和生產(chǎn)(不同批次)差異條件下,LED正向電壓變化范圍較寬。此外,出于安全因素,大多數(shù)交流主電源應(yīng)用都有基于電子開關(guān)電源或磁變壓器的隔離電源轉(zhuǎn)換,將高線路電壓轉(zhuǎn)換為適合驅(qū)動LED的安全低電壓。


          LED驅(qū)動電路的其中一項(xiàng)主要功能是在多種工作條件下穩(wěn)流,而不論輸入條件如何及正向電壓如何變化。驅(qū)動電路必須符合能效、電容容限、外形因數(shù)、成本及安全性方面的應(yīng)用要求。與此同時,所選的方法必須易用及足夠強(qiáng)固,從而適應(yīng)特定應(yīng)用的極端環(huán)境。


          有幾種不同的穩(wěn)流方法。采用固定電壓電源供電的電阻是最簡單、最低成本的穩(wěn)流方法。實(shí)際上,它們并不穩(wěn)流,只是在LED正向電壓變化及源電壓變化并導(dǎo)致電流變化從而引起亮度變異時,簡單地限制最大電流。對于低電流指示器應(yīng)用而言,這可能可以接受,但隨著電流增大及串聯(lián)的LED數(shù)量增加,問題就出現(xiàn)了。要克服這個問題,需要費(fèi)錢又費(fèi)時地對LED進(jìn)行編碼及選擇恰當(dāng)?shù)碾娮鑱砥ヅ銵ED串正向電壓。即使采取這些步驟,仍然會有由輸入電壓變化導(dǎo)致的亮度變化問題。


          另一種穩(wěn)流方法選擇是恒流線性穩(wěn)壓器(CCR)。它們易于設(shè)計(jì),能夠提供有效的穩(wěn)流及更多的特性,如高溫時電流反走及調(diào)光控制。CCR可以涵蓋簡單的雙端穩(wěn)壓器到靈活的可調(diào)節(jié)電流設(shè)定點(diǎn)線性穩(wěn)壓器集成電路。CCR的主要局限是輸入電壓源必須永遠(yuǎn)高于輸出正向電壓以恰當(dāng)工作,而且它們可能能效較低,熱耗散較高。后一點(diǎn)(Ul熱耗散)是LED驅(qū)動電流、輸入電源變化及正向電壓變化的直接函數(shù)。因此,在設(shè)計(jì)及選擇過程中,封裝及總體散熱能力是關(guān)鍵考慮因素。通常線性能并行配置以擴(kuò)散熱耗散,或者必須裝配在有散熱能力的封裝內(nèi)。


          出于能效因素及靈活性,開關(guān)穩(wěn)壓器被廣泛使用。這種方法成本較高,技術(shù)也較復(fù)雜,但能提供顯著優(yōu)勢,如支持任何類型的輸入電壓與輸出電壓關(guān)系,且根據(jù)輸入/輸出條件,能效高于90%。與線性穩(wěn)壓器不同,它們對電磁干擾(EMI)很敏感,給設(shè)計(jì)人員帶來另一項(xiàng)需要注意的設(shè)計(jì)約束。對于中到大功率應(yīng)用或涉及寬輸入電壓范圍的應(yīng)用而言,開關(guān)穩(wěn)壓器是唯一可行的選擇;且許多應(yīng)用中優(yōu)化了開關(guān)穩(wěn)壓器型LED,從而應(yīng)用LED調(diào)光控制。


          由于LED發(fā)射的光與通過LED的平均電流成正比,CCR同樣也提供調(diào)節(jié)光輸出的能力,通過模擬或數(shù)字脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)提供調(diào)光。模擬方法注入模擬信號至反饋電壓,從而使平均輸出電流減小。數(shù)字方法使用輸入PWM信號來抑制穩(wěn)壓器的開關(guān),并降低平均輸出電流。典型調(diào)光頻率介于200Hz與1O00Hz之間,因?yàn)槿搜鄄荒懿煊X頻率高于l00Hz時的細(xì)微變化。


          三種基本的/穩(wěn)壓器分別是降壓、升壓、降壓一升壓(又稱為單端初級電感轉(zhuǎn)換,簡稱SEPI C)。在降壓電路中,最低輸入電壓(Vin)在所有工作條件下永遠(yuǎn)高于LED串的最大電壓,而在最大輸入電壓始終低于LED串最小電壓時使用升壓電路。由于恒流驅(qū)動器的升壓屬性,它要求額外的電路,用于LED開路及輸出短路保護(hù)。


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