全揭秘LED照明設計之驅動的選擇與設計技巧

LED的排列方式及LED光源的規(guī)范決定著基本的驅動器要求。LED驅動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED的電流，而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅動器基本的工作電路示意圖如圖1所示，其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與LED(即輸入與輸出)之間沒有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來電氣隔離，而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來電氣隔離。

如何選擇LED驅動方式

如今在市場上典型的LED驅動器包括兩類，即線性驅動器和開關驅動器;大概的適用范圍見圖2.如電流大于500mA的大電流應用采用開關穩(wěn)壓器，因為線性驅動器限于自身結構原因，無法提供這樣大的電流;而在電流低于200mA的低電流應用中，通常采用線性穩(wěn)壓器或分離穩(wěn)壓器;而在200至500mA的中等電流應用中，既可以采用線性穩(wěn)壓器，也可以采用開關穩(wěn)壓器。

開關穩(wěn)壓器的能效高，且提供極佳的亮度控制。線性穩(wěn)壓器結構比較簡單，易于設計，提供穩(wěn)流及過流保護，且沒有電磁兼容性(EMC)問題。

在低電流LED應用中，電阻型驅動器盡管成本較低且結構簡單，但這種驅動器在低電壓條件下，正向電流較低，會導致LED亮度不足，且在負載突降等瞬態(tài)條件下，LED可能受損;并且電阻是耗能元件，整個方案的能效較低，見圖2。

例如在采用DC-DC電源的LED照明應用中，可以采用的LED驅動方式有電阻型、線性穩(wěn)壓器及開關穩(wěn)壓器等，基本的應用示意圖見圖3。

電阻型驅動方式中，調整與LED串聯(lián)的電流檢測電阻即可控制LED的正向電流，這種驅動方式易于設計、成本低，且沒有電磁兼容(EMC)問題，劣勢是依賴于電壓、需要篩選(binning)LED，且能效較低。

線性穩(wěn)壓器同樣易于設計且沒有EMC問題，還支持電流穩(wěn)流及過流保護(foldback)，且提供外部電流設定點，不足在于功率耗散問題，及輸入電壓要始終高于正向電壓，且能效不高。開關穩(wěn)壓器通過PWM控制模塊不斷控制開關(FET)的開和關，進而控制電流的流動。

開關穩(wěn)壓器具有更高的能效，與電壓無關，且能控制亮度，不足則是成本相對較高，復雜度也更高，且存在電磁干擾(EMI)問題。LEDDC-DC開關穩(wěn)壓器常見的拓撲結構包括降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級電感轉換器(SEPIC)等不同類型。

其中，所有工作條件下最低輸入電壓都大于LED串最大電壓時采用降壓結構，如采用24Vdc驅動6顆串聯(lián)的LED；與之相反，所有工作條件下最大輸入電壓都小于最低輸出電壓時采用升壓結構，如采用12Vdc驅動6顆串聯(lián)的LED；而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時可以采用降壓-升壓或SEPIC結構，如采用12Vdc或12Vac驅動4顆串聯(lián)的LED，但這種結構的成本及能效最不理想。LED驅動設計5大技巧要領

1、芯片發(fā)熱

這主要針對內置電源調制器的高壓驅動芯片。假如芯片消耗的電流為2mA，300V的電壓加在芯片上面，芯片的功耗為0.6W，當然會引起芯片的發(fā)熱。驅動芯片的最大電流來自于驅動功率mos管的消耗，簡單的計算公式為I=cvf(考慮充電的電阻效益，實際I=2cvf，其中c為功率MOS管的cgs電容，v為功率管導通時的gate電壓，所以為了降低芯片的功耗，必須想辦法降低c、v和f.如果c、v和f不能改變，那么請想辦法將芯片的功耗分到芯片外的器件，注意不要引入額外的功耗。再簡單一點，就是考慮更好的散熱吧。

2、功率管發(fā)熱

功率管的功耗分成兩部分，開關損耗和導通損耗。要注意，大多數(shù)場合特別是