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LED驅(qū)動基礎(chǔ)知識

編輯:admin 2011-12-23 10:37:51 瀏覽:2136  來源:半導(dǎo)體照明網(wǎng)

  LED按照應(yīng)用可以分為照明、背光和顯示三大類別。大多數(shù)的LED驅(qū)動電路都屬于下列拓?fù)漕愋停航祲盒汀⑸龎盒汀⒔祲?升壓型、SEPIC和反激式拓?fù)洹榱藢崿F(xiàn)更加高效的LED照明,需要有新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來提供解決方案,從反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向諧振半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以充分發(fā)揮零電壓開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(ZVS)的優(yōu)勢。除此之外還有簡易的限流電阻器或線性穩(wěn)壓器來驅(qū)動LED,但是此類方法通常會浪費過多功率。LED照明應(yīng)用的主要設(shè)計挑戰(zhàn)包括以下幾個方面:散熱、高效率、低成本、調(diào)光無閃爍、大范圍調(diào)光、可靠性、安全性和消除色偏。這些挑戰(zhàn)需要綜合運用適當(dāng)?shù)碾娫聪到y(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)、驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和機械設(shè)計才能解決。


  
表1  LED驅(qū)動常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

  不管LED照明系統(tǒng)的輸出功率有多大,LED驅(qū)動器電路的選擇都將在很大程度上取決于輸入電壓范圍、LED串本身的累積電壓降、以及足以驅(qū)動LED所需的電流。這導(dǎo)致了多種不同的可行LED驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),如降壓型、升壓型、降壓-升壓型和SEPIC型、反激式拓?fù)洹⒅C振半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都有其優(yōu)點和缺點。

  LED驅(qū)動電路相關(guān)的設(shè)計參數(shù)包括輸入電壓范圍、驅(qū)動的LED數(shù)量、LED電流、隔離、EMI抑制以及效率等。總的看來LED照明設(shè)計需要考慮以下幾方面的因素:

  輸出功率:涉及LED正向電壓范圍、電流及LED排列方式等

  電源:AC-DC電源、DC-DC電源、直接采用AC電源驅(qū)動

  功能要求:調(diào)光要求、調(diào)光方式(模擬、數(shù)字或多級)、照明控制

  其他要求:能效、功率因數(shù)、尺寸、成本、故障處理(保護(hù)特性)、要遵從的標(biāo)準(zhǔn)及可靠性等

  更多考慮因素:機械連接、安裝、維修/替換、壽命周期、物流等

  LED照明驅(qū)動

  LED照明符合節(jié)能環(huán)保的大趨勢,前景比較明朗,雖然背光、顯示技術(shù)發(fā)展多年,方案相對成熟,但在市場熱度上不如照明,而且在很多相關(guān)消費電子市場(如手機背光)競爭強度大,對成本要求高,價格戰(zhàn)頻發(fā),利潤空間受到較大限制。有人認(rèn)為也許就在2-3年中,LED照明技術(shù)將有突破性進(jìn)展,市場會大規(guī)模啟動。與此同時LED照明的應(yīng)用不斷拓寬,新的市場不斷涌現(xiàn)。也許大功率路燈、普通照明等市場起步比較慢,但你會發(fā)現(xiàn)一些小功率的照明市場在快速發(fā)展,比如裝飾照明、便攜產(chǎn)品照明等等。

  美國能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR)固態(tài)照明(SSL)規(guī)范:

  美國能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR)固態(tài)照明(SSL)規(guī)范中規(guī)定任何功率等級皆須強制提供功率因數(shù)校正(PFC)。這標(biāo)準(zhǔn)適用于一系列特定產(chǎn)品,如嵌燈、櫥柜燈及臺燈,其中,住宅應(yīng)用的LED 驅(qū)動器功率因數(shù)須大于0.7,而商業(yè)應(yīng)用中則須大于0.9;但是,這標(biāo)準(zhǔn)屬于自愿性標(biāo)準(zhǔn)。歐盟的IEC61000-3-2 諧波含量標(biāo)準(zhǔn)中則規(guī)定了功率大于25 W 的照明應(yīng)用的總諧波失真性能,其最大限制相當(dāng)于總諧波失真(THD)《 35%,而功率因數(shù)(PF)》0.94。

  雖然不是所有國家都絕對強制要求照明應(yīng)用中改善功率因數(shù),但某些應(yīng)用可能有這方面的要求,如公用事業(yè)機構(gòu)大力推動擁有高功率因數(shù)的產(chǎn)品在公用設(shè)施中的商業(yè)應(yīng)用,此外,公用事業(yè)機構(gòu)購入/維護(hù)街燈時,也可以根據(jù)他們的意愿來決定是否要求擁有高功率因數(shù)(通常》0.95+)。

  美國能源部能源之星近期發(fā)布了其集成LED燈(該燈通常要擰入ANSI標(biāo)準(zhǔn)化燈座,與當(dāng)今市面上的大多數(shù)白熾燈類似)提議標(biāo)準(zhǔn)的修訂草案3,其中規(guī)定對于功率≤5W的燈泡,對最小功率因數(shù)不作要求,對于功率》5W的燈泡,功率因數(shù)必須≥ 0.70。

  LED照明系統(tǒng)拓?fù)浼軜?gòu)選擇:

  LED照明系統(tǒng)架構(gòu)選擇取決于你的設(shè)計目標(biāo)是低成本、高效率還是最小PCB面積。一般來說,小于25W的LED照明系統(tǒng)不要求進(jìn)行功率校正,因此可以采取簡單一些的拓?fù)浼軜?gòu),如PSR或Buck拓?fù)洹?5W-100W的LED照明應(yīng)用要求進(jìn)行功率校正,因此一般采用單級PFC、準(zhǔn)諧振(QR)PWM或反激式拓?fù)洹?00W以上LED照明應(yīng)用一般采用效率更高的LLC拓?fù)浜蚉FC。從效率角度來看,LLC和QR性能更好;而PSR方案無需次級反饋,設(shè)計簡單,尺寸也比其它方案小。”

  就DC-DC解決方案而言,其中,標(biāo)準(zhǔn)降壓型轉(zhuǎn)換器是最簡單和最容易實現(xiàn)的方案,升壓型和降壓-升壓型轉(zhuǎn)換器次之,而SEPIC型轉(zhuǎn)換器則最難實現(xiàn),這是因為它采用了復(fù)雜的磁性設(shè)計原理,而且需要設(shè)計者擁有高超的開關(guān)模式電源設(shè)計專長。終端產(chǎn)品的應(yīng)用決定LED的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),然后再根據(jù)LED的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和輸入電源再合理選擇Buck、Boost、SEPIC(較少用)、或Buck-Boost結(jié)構(gòu)。“一般來說,25W以下選用Buck的較多。更大功率的則傾向于選擇Boost結(jié)構(gòu)。效率的話兩者一般都可以做到85%以上,小功率的LED燈盡量采用集成度高的方案。大功率的方案要選用技術(shù)集成度高的產(chǎn)品。

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