LED照明電源拓撲結構詳細分析

時間:2009-06-22 15:42:39來源:網絡作者:admin 點擊:次

無

隨著LED的生產成本下降，其使用愈發普遍，所涵蓋的應用范圍從手持終端設備到車載，再到建筑照明。LED的高可靠性(使用壽命超過50,000個小時)、較高的效率(>120流明/瓦)以及近乎瞬時的響應能力使其成為極具吸引力的光源。與白熾燈泡200mS的響應時間相比，LED會在短短5ns響應時間內發光。因此，目前它們已在汽車行業的剎車燈中得到廣泛采用。
　　驅動LED
　　驅動LED并非沒有挑戰。可調的亮度需要用恒定電流來驅動LED，并且無論輸入電壓如何都必須要保持該電流的恒定。這與僅僅將白熾燈泡連接到電池來為其供電相比更具有挑戰性。
　　LED具有類似于二極管的正向V-I特性。在低于LED開啟閾值(白光LED的開啟電壓閾值大約為3.5V)時，通經該LED的電流非常小。在高于該閾值時，電流會以正向電壓形式成指數倍遞增。這就允許將LED定型為帶有一個串聯電阻的電壓源，其中帶有一則警示說明：本模型僅在單一的工作DC電流下才有效。如果LED中的DC電流發生改變，那么該模型的電阻也應隨即改變，以反映新的工作電流。在大的正向電流下，LED中的功率耗散會使設備發熱，此舉將改變正向壓降和動態阻抗。在確定LED阻抗時充分考慮散熱環境是非常重要的。
　　當通過降壓穩壓器驅動LED時，LED常常會根據所選的輸出濾波器排列來傳導電感的AC紋波電流和DC電流。這不僅會提高LED中電流的RMS振幅，而且還會增大其功耗。這樣就可提高結溫并對LED的使用壽命產生重要影響。如果我們設定一個70%的光輸出限制作為LED的使用壽命，那么LED的壽命就會從74攝氏度度下的15,000小時延長到63攝氏度度下的40,000小時。LED的功率損耗由LED電阻乘以RMS電流的平方再加上平均電流乘以正向壓降來確定。由于結溫可通過平均功耗來確定，因此即使是較大的紋波電流對功耗產生的影響也不大。例如，在降壓轉換器中，等于DC輸出電流(Ipk-pk=Iout)的峰至峰紋波電流會增加不超過10%的總功率損耗。如果遠遠超過上面的損耗水平，那么就需要降低來自電源的AC紋波電流以便使結溫和工作壽命保持不變。一條非常有用的經驗法則是結溫每降低10攝氏度，半導體壽命就會提高兩倍。實際上，由于電感器的抑制作用，因此大多數設計就趨向于更低的紋波電流。此外，LED中的峰值電流不應超過廠商所規定的最大安全工作電流額定值。
　　拓撲選擇
　　表1中所顯示的信息有助于為LED驅動器選擇最佳的開關拓撲。除這些拓撲之外，您還可使用簡易的限流電阻器或線性穩壓器來驅動LED，但是此類方法通常會浪費過多功率。所有相關的設計參數包括輸入電壓范圍、驅動的LED數量、LED電流、隔離、EMI抑制以及效率。大多數的LED驅動電路都屬于下列拓撲類型：降壓型、升壓型、降壓-升壓型、SEPIC和反激式拓撲。

表1備選的LED電源拓撲
圖1顯示了三種基本的電源拓撲示例。第一個示意圖所顯示的降壓穩壓器適用于輸出電壓總小于輸入電壓的情形。在圖1中，降壓穩壓器會通過改變MOSFET的開啟時間來控制電流進入LED。電流感應可通過測量電阻器兩端的電壓獲得，其中該電阻器應與LED串聯。對該方法來說，重要的設計難題是如何驅動MOSFET。從性價比的角度來說，推薦使用需要浮動柵極驅動的N通道場效應晶體管(FET)。這需要一個驅動變壓器或浮動驅動電路(其可用于維持內部電壓高于輸入電壓)。
　　在此電路中，MOSFET對接地進行驅動，從而大大降低了驅動電路要求。該電路可選擇通過監測FET電流或與LED串聯的電流感應電阻來感應LED電流。后者需要一個電平移位電路來獲得電源接地的信息，但這會使簡單的設計復雜化。另外，圖1中還顯示了一個升壓轉換器，該轉換器可在輸出電壓總是大于輸入電壓時使用。由于MOSFET對接地進行驅動并且電流感應電阻也采用接地參考，因此此類拓撲設計起來就很容易。該電路的一個不足之處是在短路期間，通過電感器的電流會毫無限制。您可以通過保險絲或電子斷路器的形式來增加故障保護。此外，某些更為復雜的拓撲也可提供此類保護。

　該電路可在輸入電壓和輸出電壓相比時高時低時使用。兩者具有相同的折衷特性(其中折衷可在有關電流感應w w w . d z i u u . c o m

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