LED恒流驅(qū)動電路(精)

1、中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明驅(qū)動只占照明系統(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，美國國家半導(dǎo)體公司的驅(qū)動方案主要定位在中高端照明和燈飾等市場。燈飾分為室內(nèi)和室外兩種，由于室內(nèi)燈所應(yīng)用的電源環(huán)境有和轉(zhuǎn)換器兩種方式，所以驅(qū)動芯片的選擇也要從這兩方面考慮。中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明Prft-I皈xmmAoSKnnV圖：可變電流和可變電壓基本電路中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明中國照明網(wǎng)技術(shù)論文LED照明分為交流輸入和交流輸入。交流電是酒店中廣泛應(yīng)用的鹵素?zé)舻碾娫?，現(xiàn)有的可以在保留現(xiàn)有交流的條件下進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對替代鹵素?zé)舻脑O(shè)計(jì)，美國國家半導(dǎo)體的主要優(yōu)勢是體積小、可靠性高、輸出電流高達(dá)，

2、恰好適合鹵素?zé)魺艨谥睆叫〉奶攸c(diǎn)。取代鹵素?zé)糁螅琇ED燈一般做成1W或3W。LED燈與鹵素?zé)粝啾扔袃纱髢?yōu)勢：（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；（2LED燈的壽命比鹵素?zé)糸L。LED燈的主要弱點(diǎn)是燈光的射角太窄，成本相對較高。但從長遠(yuǎn)來看，由于LED燈的壽命較長，所以還是具有非常大的成本優(yōu)勢。220VAC/DC轉(zhuǎn)換器（例如LM5021主要鎖定舞臺燈和路燈市場。vntitVOLTA.OEiLINtAWEWEHl»f.P=0.35ax1s0.12W圖2：RFB計(jì)算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

3、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)?WLED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。此外，由于3WLED燈的電流高達(dá)700mA，次充電后的電池使用時(shí)間縮短。盡管如此，對于上述應(yīng)用國家半導(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)，需要專業(yè)的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，中國對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)存在對特種行業(yè)的需求認(rèn)識不足的問題，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

4、嵌入頭盔，卻沒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在礦燈市場的應(yīng)用一直沒有打開局面的重要原因。對于礦燈LED應(yīng)用，美國國家半導(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)用戶采用一顆1W的LED燈，周圍再放6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?？偠灾琇ED燈在燈飾和特種照明行業(yè)有著廣泛的發(fā)展前景，國家半導(dǎo)體為此提供完整的新型LED驅(qū)動解決方案IEIV圖3：基于LM2734的恒流驅(qū)動電路高效的恒流驅(qū)動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)

5、壓器通過感知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為保持IF恒定，DC/DC穩(wěn)壓器感知VFB，然后調(diào)整LED正端電壓，使流經(jīng)LED的電流保持恒定。這就是利用DC/DC穩(wěn)壓器FB反饋端實(shí)現(xiàn)恒壓到恒流轉(zhuǎn)換的原理。一般來說，DC/DC穩(wěn)壓器對VFB的變化有一個(gè)感知的范圍，一旦LED選定，其工作電流IF的大小也就確定了，所選的電阻要保證VFB落在DC/DC穩(wěn)壓器容許的范圍內(nèi)。以VFB等于1.25V為例，假設(shè)IF分別為15mA、350mA和700

6、mA，采樣電阻的功耗將分別小于20mW、400mW和800mW。對于1W的LED來說，采樣電阻的功耗分別占到總電源消耗的2%、40%和80%。因此，采樣電阻的設(shè)計(jì)對提高LED的功效至關(guān)重要，它應(yīng)該選取盡可能小的數(shù)值。由于直接將RFB連接FB端會造成RFB的功耗過大，所以在FB端和RFB之間放置一個(gè)運(yùn)算放大器，以放大RFB采集到的電壓VTAP(圖2。IF=VTAP/RFB=(VFB/RFB*(1+RF/RI(3通常，1W大功率LED的典型工作電流為350mA，如果選擇RFB等于1歐姆，貝0RFB的功耗為：PRFB=I2*R=0.352*1=0.12W(4考慮運(yùn)算放大器本身的功耗，RFB及其附屬電

7、路的功耗大約為1WLED功率的12%。這樣就能在確保LED獲得恒流供電的同時(shí)，將RFB的功耗降低到可以接受的水平，從而使LED兩端的電壓盡可能大，流經(jīng)的電流也盡可能大。國家半導(dǎo)體按照這個(gè)原理工作的穩(wěn)壓器有LM2736和LM2734。圖4：從采樣電阻直接獲取反饋電壓的設(shè)計(jì)LM2734是1A降壓型穩(wěn)壓器?；贚M2734的恒流驅(qū)動電路（圖3利用LM321運(yùn)算放大器獲取采樣電阻Rset上的電壓，結(jié)合其它電阻和電容就可以構(gòu)成一個(gè)完整、高效率的大功率LED恒流驅(qū)動電路。在實(shí)際使用中，有些LED恒流驅(qū)動電路可以直接從采樣電阻獲取反饋電壓，如圖4所示。圖3中采樣電阻Rset決定了恒流驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)，而且對整

8、個(gè)系統(tǒng)的效率有重要影響，因此仔細(xì)設(shè)計(jì)Rset對節(jié)省能源至關(guān)重要。圖3和圖4的詳細(xì)設(shè)計(jì)文件請向國家半導(dǎo)體當(dāng)?shù)厥跈?quán)分銷商索取。一般來說，如果要求LED驅(qū)動電流的變化不超過標(biāo)稱值的5%至10%,那么采用精度為2%的電阻就足夠了。LED驅(qū)動電流的典型波動范圍是正負(fù)10%。由于采樣電阻消耗的功率較大，應(yīng)避免使用功率較小的貼片電阻。此外，LM3478方案適用于多個(gè)大功率LED的恒流驅(qū)動，而基于LM5021的恒流驅(qū)動設(shè)計(jì)方案則針對220VAC/DC轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用。恒流驅(qū)動與散熱的考慮就電子電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，工程師在設(shè)計(jì)LED恒流驅(qū)動電路時(shí)首先要了解LED的恒流參數(shù)。目前LED芯片的制造商很多，國內(nèi)外LED的差

9、異主要在于相同電參數(shù)的情況下，流明數(shù)可能不同，因此設(shè)計(jì)工程師要清楚地認(rèn)識到LED功率并不是決定發(fā)光效率的唯一參數(shù)。例如，同樣是1W的LED，有的LED可以達(dá)到40流明的亮度，而有的只能達(dá)到20流明的亮度，這是因?yàn)長ED光學(xué)效率還取決于材料和制作工藝等諸多環(huán)節(jié)。有些設(shè)計(jì)工程師為提高發(fā)光效率而采取加大驅(qū)動電流的辦法，例如，對于同一顆1WLED，加大驅(qū)動電流后，亮度可以從20流明提高到40流明，但是LED的工作溫度也相應(yīng)升高了。一旦溫度超過LED的限溫點(diǎn)，就會影響LED的壽命和可靠性，這是設(shè)計(jì)恒流驅(qū)動過程中需要注意的重要問題。此外，LED照明系統(tǒng)的光學(xué)效率不僅僅取決于LED恒流驅(qū)動方案，還與整個(gè)系統(tǒng)

10、的散熱設(shè)計(jì)密切相關(guān)。為縮小體積，某些LED恒流驅(qū)動系統(tǒng)將LED驅(qū)動電路與散熱部分貼近設(shè)計(jì)，這樣容易影響可靠性。一般來說，LED照明系統(tǒng)的熱源基本就是LED燈本身的熱源，熱源太集中會產(chǎn)生熱損耗，因此LED驅(qū)動電路不能與散熱系統(tǒng)緊貼在一起。建議采取下列散熱措施：LED燈采用鋁基板散熱；功率器件均勻排布；盡可能避免將LED驅(qū)動電路與散熱部分貼近設(shè)計(jì)；抑制封裝至印刷電路基板的熱阻抗；提高LED芯片的散熱順暢性以降低熱阻抗。Eftlib)TW*B3廨靄g|nmmo10EHKHl一応*1403toy鶯?tiliD45NHHMiffmot嗎i卻liftermISOJ-tWEI-4Hl11血1陽表1：大功率L

11、ED在壽命上具有很大優(yōu)勢新應(yīng)用對驅(qū)動器的要求大功率LED被稱為“綠色光源”，它將向大LED電流（300mA至1.4A、高效率（60至120流明/瓦、亮度可調(diào)的方向發(fā)展。由于大功率LED在壽命上具有很大優(yōu)勢（表1,所以發(fā)展前景非常廣闊，其中最被看好的照明應(yīng)用是汽車、醫(yī)療設(shè)備和儀器儀表及其它特種照明環(huán)境。但這些應(yīng)用對LED驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計(jì)也提出了新的要求，包括：輸入電壓范圍一般要求為6V到24V；具有沖擊負(fù)載保護(hù)、反相和過壓保護(hù)；待機(jī)功耗非常低；低帶隙基準(zhǔn)以減少電流檢測損耗以及具有PWM調(diào)整亮度的功能等。針對這些需求，美國國家半導(dǎo)體公司提供了全系列LED驅(qū)動器設(shè)計(jì)方案（見表2,可以為用戶提供全面的LE

12、D驅(qū)動器解決方案。LED照明系統(tǒng)需要借助于恒流供電，目前主流的恒流驅(qū)動設(shè)計(jì)方案是利用線性或開關(guān)型DC/DC穩(wěn)壓器結(jié)合特定的反饋電路為LED提供恒流供電，根據(jù)DC/DC穩(wěn)壓器外圍電路設(shè)計(jì)的差異，又可以分為電感型LED驅(qū)動器和開關(guān)電容型LED驅(qū)動器。電感型升壓驅(qū)動器方案其優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動電流較高，LED的端電壓較低、功耗較低、效率保持不變，特別適用于驅(qū)動多只LED的應(yīng)用。在大功率LED驅(qū)動器設(shè)計(jì)中，主要采用開關(guān)電容型LED驅(qū)動方案，其優(yōu)點(diǎn)是LED兩端的電壓較高、流過的電流較大，從而獲得較高的功效及光學(xué)效率。先進(jìn)的開關(guān)電容技術(shù)還能夠提高效率，因而在大功率LED驅(qū)動中應(yīng)用廣泛。VMM!1.III,*fl；-

13、：i曲r中臭i和1LM2&LLA>1LW1B.F,li.A4Vii13L：Hj皿陽O4iBLtUg)LJHAMW理.!斗*k，辱諭IUIMb1"町WMl；EFFIFy冊PVhH關(guān)M1既幫|1抑號Hgfkf.fra斛丄片4LJlHMrSHUfit"BVJT*"lEfWOTAAlh>怯IbNOFitaUlihl/W門版川tlkWnrAlu.<»A-,.3P1Ak4L晉Mi，耳Ad49U>.'IlL対豪劭表2：美國國家半導(dǎo)體的LED驅(qū)動器解決方案一覽表本文小結(jié)大功率LED照明技術(shù)有著廣闊的發(fā)展前景，因而受到普遍的關(guān)注和投資者的追捧。現(xiàn)階段，由于LED芯片設(shè)計(jì)和制造技術(shù)及材料等諸多因素的限制，它暫時(shí)還不能完全取