• 汇总页幻灯图片
LED照明降压结构电路的实现
  随着led的广泛运用,在许多地方线性电源这种简略的结构现已不能满意需求。一般状况下,当用电阻的方法设定LED所需的正向电流的时分,这种简略的驱动方法能够连续的由电源向负载供给能量。因为LED的电流与电阻上的相同,所以电阻上发生的功耗会随输入电压的添加而添加。例如,一个用线性电源驱动的LED,功率为70%,用5V线性电源供给1A电流给一个典型的白光InGaNLED(VF=3.5V)。在相同的作业条件下,当输入电压上升到12V时,它的功率将会降到30%。在如此低功率的状况下是无法运用的。
  开关电源
  开关电源改进了因为输入改变使得功率改变比较大的问题。这种方法是经过操控占空比的方法来满意输出所需求的电压或电流。因为开关电源会发生脉冲式的电压和电流,所以这就需求用一些储能器件(电感或电容)对这些脉冲波形进行整形。和线性电源相反,开关电源能够经过不同的设置来完成电流或电压的降、升或许同时升降的功能。开关电源相同能够在宽的输入或输出规模下完成高功率。在前面的例子中,用一个降压型的开关电源取代线性电源后,当输入电压由5V变到12V后,电路的功率由95%变到98%。
  开关电源在功率和结构的灵活性上得到了很大的提升,但因为周期性的开关造成了噪声的添加,同时因为结构的复杂使得电路的可靠性下降和本钱的上升。恒流型LED电路能够被简略的认为是一个恒流源。拓扑结构的挑选应该考虑最少的外部原件和最好的性能为标准,这样能够进步电路的稳定性和削减本钱。鉴于LED的动态调光特性好,在规划的时分要考虑使这种特性能够方便运用。走运的是,根本降压开关电路在完成这些特性的时分体现的十分好,所以LED驱动一般挑选降压型开关电源。
LED照明
  恒流输出级
  开关调整器最常用的是电压调整器。图1a为一种根本恒压型降压调整器。降压操控器能够在输入电压改变的状况下,经过操控占空比或频率的改变使输出电压保持恒定。输出所需的电压由下面的公式核算得到(Eq.1)
  电感L用来设置电感电流纹波的峰-峰值ΔIpp的大小,电容Co用来设置输出电压纹波和输出电压的负载瞬态呼应。在这种降压型逆变器中电感的平均电流等于负载电流,因此咱们能够经过操控电感电流纹波的峰-峰值来操控负载电流。这样能够使电压源操控的方法转换成电流源操控的方法。图1b为一种根本电流型降压调整器。与恒压型类似,恒流型降压调整器能够在输入电压改变的状况下,经过操控占空比或频率的改变使输出电流IF保持恒定。输出所需的电流由下面的公式核算得到(Eq.2):
  在咱们设定好LED电流IF之后,咱们必须精确的检测电感上的电流。从理论上来说,检测电感电流有许多方法,例如运用MOSFET的导通阻抗Rdson检测或许用电感的直流电阻检测。可是实际上这些检测方法在精度上不能满意LED电流设置的要求(高亮度LED的精度为5%-15%)。假如直接用电阻RFB来检测IF,这样在精度上就能够满意要求,可是在电阻上将会发生额定的功耗。下降反应电压VFB,在相同的检测电流IF(图.2)的状况下能够下降检测电阻的阻值,这样就能够使功耗降到最低。最新的LED驱动大多数供给的参考电压(反应电压)在50-200毫伏之间。
  恒流降压调整器独特之处在于输出能够不需求电容。因为有连续的输出电流和不存在负载瞬态改变,这个调整器中输出电容的效果只是局限于电流滤波器。当咱们设置成没有电容的恒流型降压调整器时,此刻输出阻抗将大幅添加,而对于升压型来说,因为输出阻抗添加,为了满意输出电流恒定,输出电压也将会大幅添加。成果调光的速度和调光的规模都有了明显的进步。在运用过程中,从背光和机器视觉角度来说调光的规模是一种十分有价值的特性。
  在另一方面,因为输出电容不足,AC电流的纹波电路需求比较大的电感,以满意LED纹波的要求(正向电流ΔIF=±5到20%)。在相同的电流纹波时,大电感会添加面积和LED驱动的本钱。因此在恒流降压电路中,输出电容的运用要在本钱、面积和调光的速度、规模之间经行权衡。
  例如,用纹波电流驱动一个1A的白光LED(VF≈3.5V),ΔIF需求满意±5%规模内,输入电压12V,频率为500kHz,在电感电流起伏为1.1A时,只能答应运用50mH的电感。可是假如电感的纹波电流答应添加±30%,那么电感将会小于10mH。假如10mH和50mH电感在运用相同的材料和相同的额定电流的状况下,在本钱和体积方面,10mH大约只是50mH的一半。为了用10mH电感完成需求的ΔIF(±5%),输出电容需求依据LED的动态电阻rD和检测电阻RFB和在此开关频率下电容的阻抗来核算,能够运用下面的表达式(Eq.3)
  环路操控结构
  根据降压的结构能够与许多环路操控结构很好的匹配,并且不必考虑稳定性的约束,例如右半平面零点问题。除了和其他调光方法兼容以外,这种降压结构使得PWM调光变得简单。根据这种结构的LED驱动能够使体系规划人员供给更多的挑选。滞回操控十分合适在开关频率改变比较快和输入规模比较小的状况下运用,例如白纸灯泡和交通灯。因为滞回操控不必考虑稳定性约束,所以不需求考虑环路补偿。不像环路操控那样受带宽约束。运用滞回操控驱动降压LED驱动(图.2a)使规划变得简略,也削减了器件数量和本钱。这种结构也使PWM调光的规模比其他结构好。运用滞回操控的LED驱动十分合适在要求调光规模十分大和调光频率比较高以及开关频率改变十分大的状况下运用。
  类似的滞回降压LED驱动能够在固定频率操作和不需求开关频率改变的滞回操控之间供给了一个比较好的折中计划。操控敞开时刻的降压LED驱动(图2b)运用了一个滞回比较器和敞开时刻操控器。让敞开时刻与输入电压成反比,这样能够让开关频率的改变削减的最小。运用这种结构相同能够避免环路操控的带宽约束。运用不同的调光结构能够让调光规模变得十分宽。
  在一些状况下,例如许多自动操控运用中,LED驱动与外部时钟或与驱动之间进行同步时要求削减噪音的干扰。在没有时钟的滞回操控和准滞回操控的结构在执行同步频率时会带来困难。相比来说,这个问题对于由时钟操控的调整器来说就比较简单完成,例如图2c中固定频率的降压LED驱动。固定频率操控能够处理这个复杂的问题,可是因为它动态呼应的约束也影响了调光的规模。
  总之,降压LED驱动的许多特点使其变得很有吸引力。它能够很简单设置成电流源,也能够完成最少的外围元器件,器件少能够使得规划变得简略,进步驱动的稳定性,也能够削减本钱。降压结构的LED合适许多种操控方法使其运用的灵活性比较高。它输出能够省掉输出电容,也能够与其他不同的调光方法进行很好的匹配,这些特点能够答应它在高速调光和宽规模调光的状况下运用。当运用答应的状况下,所有的这些特点使得降压LED驱动的拓扑结构有了许多的挑选。
  什么样的运用条件不答应运用这种结构呢?例如家用或商用的照明需求上千流明,规划一种方法来驱动一个LED串。LED串上的总的正向压降等于其间每个LED正向压降之和。在一些状况下,体系的输入电压规模可能比一串LED的正向压下降,或许有的时分高有的时分低。这些状况下有可能会需求升压结构,也有可能会需求降-升压开关调整器。在下一部分,咱们将会讨论升压和降-升压结构的LED驱动。