大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)方案選擇及設(shè)計(jì)實(shí)例

雖然大功率LED現(xiàn)在還不能大規(guī)模取代傳統(tǒng)的照明燈具，但它們?cè)谑覂?nèi)外裝飾、特種照明方面有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，因此掌握大功率LED恒流驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)于開(kāi)拓大功率LED的新應(yīng)用至關(guān)重要。LED按照功率和發(fā)光亮度可以劃分為大功率LED、高亮度LED及普通LED。一般來(lái)說(shuō)，大功率LED的功率至少在1W以上，目前比較常見(jiàn)的有1W、3W、5W、8W和10W。已大批量應(yīng)用的有1W和3W LED，而5W、8W和10W LED的應(yīng)用相對(duì)較少。預(yù)計(jì)大功率LED燈會(huì)在2010年上海世博會(huì)上大量應(yīng)用，因此電子和照明行業(yè)都非常關(guān)注LED照明新技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用。

恒流驅(qū)動(dòng)和提高LED的光學(xué)效率是LED應(yīng)用設(shè)計(jì)的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，本文介紹大功率LED的應(yīng)用及其恒流驅(qū)動(dòng)方案的選擇指南，然后以美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體(NS)的產(chǎn)品為例，重點(diǎn)討論如何巧妙應(yīng)用LED恒流驅(qū)動(dòng)電路的采樣電阻提高大功率LED的效率，并給出大功率LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)與散熱設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。

驅(qū)動(dòng)芯片的選擇

LED驅(qū)動(dòng)只占LED照明系統(tǒng)成本的很小部分，但它關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)性能的可靠性。目前，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的LED驅(qū)動(dòng)方案主要定位在中高端LED照明和燈飾等市場(chǎng)。燈飾分為室內(nèi)和室外兩種，由于室內(nèi)LED燈所應(yīng)用的電源環(huán)境有AC/DC和DC/DC轉(zhuǎn)換器兩種方式，所以驅(qū)動(dòng)芯片的選擇也要從這兩方面考慮。

圖1：可變電流和可變電壓基本電路1. AC/DC轉(zhuǎn)換器

AC/DC分為220V交流輸入和12V交流輸入。12V交流電是酒店中廣泛應(yīng)用的鹵素?zé)舻碾娫?，現(xiàn)有的LED可以在保留現(xiàn)有交流12V的條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)替代鹵素?zé)舻脑O(shè)計(jì)，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體LM2734的主要優(yōu)勢(shì)是體積小、可靠性高、輸出電流高達(dá)1A，恰好適合鹵素?zé)魺艨谥睆叫〉奶攸c(diǎn)。

取代鹵素?zé)糁?，LED燈一般做成1W或3W。LED燈與鹵素?zé)粝啾扔袃纱髢?yōu)勢(shì)：(1)光源比較集中，1W照明所獲得的亮度等同于十幾瓦鹵素?zé)舻牧炼?，因此比較省電;(2) LED燈的壽命比鹵素?zé)糸L(zhǎng)。

LED燈的主要弱點(diǎn)是燈光的射角太窄，成本相對(duì)較高。但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，由于LED燈的壽命較長(zhǎng)，所以還是具有非常大的成本優(yōu)勢(shì)。220V AC/DC轉(zhuǎn)換器(例如LM5021)主要鎖定舞臺(tái)燈和路燈市場(chǎng)。

2. DC/DC轉(zhuǎn)換器

目前，LED手電筒占據(jù)了DC/DC轉(zhuǎn)換器的絕大部分需求量。手電筒采用的LED功率基本上是1W，供電方式包括鋰電池和鎳鋅電池、堿性電池等。3W 手電筒的應(yīng)用一直還存在一些難點(diǎn)，因?yàn)?W LED燈本身需要散熱，散熱裝置的體積大，從而在一定程度上削弱了LED燈體積小的優(yōu)勢(shì)。此外，由于3W LED燈的電流高達(dá)700mA，一次充電后的電池使用時(shí)間縮短。盡管如此，對(duì)于上述應(yīng)用國(guó)家半導(dǎo)體提供LM3475、LM2623A和LM3485等方案。

礦燈也是LED燈的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一，它屬于特種照明行業(yè)，需要專(zhuān)業(yè)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)對(duì)LED在礦燈領(lǐng)域的應(yīng)用一直都很重視。目前，LED設(shè)計(jì)行業(yè)存在對(duì)特種行業(yè)的需求認(rèn)識(shí)不足的問(wèn)題，設(shè)計(jì)中常采用一些不切實(shí)際的、新奇的設(shè)計(jì)方案。例如，將LED燈和電池一起嵌入頭盔，卻沒(méi)有考慮到礦燈特殊使用環(huán)境的各種需求，這可能是造成LED在礦燈市場(chǎng)的應(yīng)用一直沒(méi)有打開(kāi)局面的重要原因。

對(duì)于礦燈LED應(yīng)用，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體提供了豐富的DC/DC穩(wěn)壓器產(chǎn)品，包括LM3485、LM3478和LM5010。已經(jīng)用戶(hù)采用一顆1W的LED燈，周?chē)俜?顆普通的高亮度LED燈，構(gòu)成一種具有特殊閃爍功能的礦燈。

總而言之，LED燈在燈飾和特種照明行業(yè)有著廣泛的發(fā)展前景，國(guó)家半導(dǎo)體為此提供完整的新型LED驅(qū)動(dòng)解決方案

圖3：基于LM2734的恒流驅(qū)動(dòng)電路

高效的恒流驅(qū)動(dòng)電路

恒壓供電的基本電路(圖1左)采用反饋電阻RFB1和RFB2，當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，VFB也隨之變化，DC/DC穩(wěn)壓器通過(guò)感知VFB的變化，使輸出電壓維持在一個(gè)固定的電平：

V0=(VFB*(RFB1+RFB2))/RFB1 (1)

在圖1右邊電路中，DC/DC穩(wěn)壓器的FB是高阻輸入端，流經(jīng)LED的電流IF為：

IF=VFB/RFB (2)