詮釋LED電源拓?fù)淙绾瓮昝捞嵘齃ED照明能效
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隨著發(fā)光二極管(LED)生產(chǎn)成本下降，使用也越來越普遍，應(yīng)用范圍由手持裝置到汽車、建筑照明等領(lǐng)域。LED的可靠度高(使用壽命超過五萬小時(shí))，效率佳(每瓦超過120流明)，并具有近乎實(shí)時(shí)反應(yīng)的特性，成為極具吸引力的光源。LED可在5奈秒的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生光，而白熱燈泡的反應(yīng)時(shí)間則是200毫秒，因此汽車工業(yè)已將LED運(yùn)用于煞車燈上。本文將針對LED特性以及驅(qū)動(dòng)LED的折沖情形進(jìn)行介紹，深入探討適合LED驅(qū)動(dòng)及調(diào)光的各種切換式 穩(wěn)定電流驅(qū)動(dòng)LED維持固定亮度
LED驅(qū)動(dòng)仍面臨許多挑戰(zhàn)，要維持固定的亮度，需要以穩(wěn)定電流驅(qū)動(dòng)LED，且不受到輸入電壓的影響，相較于白熱燈泡單純接上電池作為電源的挑戰(zhàn)更大。
LED具有順向V-I特性，與二極管情形類似。白光LED的開啟閾值約為3.5伏特，在此閾值之下，通過LED的電流量非常少。超過此閾值之后，電流會(huì)以指數(shù)方式增強(qiáng)，造成順向電壓遞增，LED因而成為具有串聯(lián)電阻的電壓來源模型。不過須要注意，此模型僅在直流電流單一操作的情況下有效，如果LED中的直流電流改變，則模型中的電阻也應(yīng)該改變，以顯現(xiàn)新的操作電流。在大量順向電流的情況下，LED中所消耗的電力會(huì)提升裝置溫度，改變順向壓降與動(dòng)態(tài)阻抗，決定LED阻抗時(shí)，務(wù)必考慮環(huán)境的熱度。
如果LED是由降壓穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)，除了直流電流之外，LED常會(huì)傳導(dǎo)電感的交流鏈波電流，根據(jù)所選擇的輸出濾波器安排情形而定。這會(huì)增加LED中電流的RMS強(qiáng)度，也會(huì)增加其功率的消耗，并使結(jié)點(diǎn)溫度升高，對LED的壽命有重大影響。如果在燈光輸出上設(shè)立70%的限制作為LED的使用年限，便可增加LED的壽命，由74℃的15，000小時(shí)，延長到63℃的40，000小時(shí)。LED中功率流失的判定方法，是將LED電阻乘上RMS電流的平方，加上由平均電流乘上順向壓降的數(shù)值。由于結(jié)點(diǎn)溫度是由平均功率所決定，即使出現(xiàn)大量的鏈波電流，對功率消耗的影響也很小。舉例來說，在降壓穩(wěn)壓器當(dāng)中，相等于直流輸出電流的峰間鏈波電流(Ipk-pk=Iout)，總功率損耗將增加不到10%。如果是大于此程度相當(dāng)多的情況，則必須降低供應(yīng)的交流鏈波電流，以維持結(jié)點(diǎn)溫度及操作壽命。在此有一個(gè)實(shí)用的基本原則，就是結(jié)點(diǎn)溫度降低10℃，半導(dǎo)體的壽命就會(huì)增加兩倍。實(shí)際上大部分的設(shè)計(jì)，因?yàn)殡姼邢拗频年P(guān)系，傾向使用低上許多的鏈波電流。另外，LED中的峰值電流，不應(yīng)超過制造商指定的最大安全操作額定值。
圖1顯示三個(gè)基本
圖1也顯示替代的降壓穩(wěn)壓器(Buck#2)。在此電路中，MOSFET的驅(qū)動(dòng)與接地有關(guān)，大幅降低了驅(qū)動(dòng)電路的需求。本電路偵測LED電流的方法為監(jiān)控FET電流，或是與LED串聯(lián)的電流偵測電阻。如果采用后者，則須要使用位準(zhǔn)移位電路，將此信息送至接地電源，并將簡單的設(shè)計(jì)復(fù)雜化。同樣顯示于圖1中的升壓轉(zhuǎn)換器，則是在輸出電壓永遠(yuǎn)大于輸入時(shí)使用。這種拓?fù)湓O(shè)計(jì)容易，因?yàn)镸OSFET的驅(qū)動(dòng)與接地有關(guān)，而電流偵測電阻也是屬于接地引用類型。此電路的缺點(diǎn)是在短路時(shí)，無法限制通過電感的電流，可以使用保險(xiǎn)絲或電路斷路器，作為故障保護(hù)裝置。此外，還有一些較復(fù)雜的拓?fù)淇商峁┻@類保護(hù)。
圖2顯示兩種降壓升壓電路，可在輸入電壓可能大于或小于輸出電壓的情形下使用。這些電路與前述兩種降壓拓?fù)溆邢嗤恼蹧_特點(diǎn)，與電流偵測電阻與門極驅(qū)動(dòng)的位置有
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