led照明的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1、?引言引言隨著LED的生產(chǎn)成本下降，其使用愈發(fā)普遍，所涵蓋的應(yīng)用范圍從手持終端設(shè)備到車載，再到建筑照明。LED的高可靠性(使用壽命超過50000個小時)、較高的效率(120流明瓦)以及近乎瞬時的響應(yīng)能力使其成為極具吸引力的光源。與白熾燈泡200mS的響應(yīng)時間相比，LED會在短短5ns響應(yīng)時間內(nèi)發(fā)光。因此，目前它們已在汽車行業(yè)的剎車燈中得到廣泛采用。驅(qū)動驅(qū)動LED驅(qū)動LED并非沒有挑戰(zhàn)?？烧{(diào)的亮度需要用恒定電流來驅(qū)動LED，并且無論輸入電

2、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(zhàn)性。LED具有類似于二極管的正向VI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(jīng)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(shù)倍遞增。這就允許將LED定型為帶有一個串聯(lián)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(fā)生改變，那么該模型的電阻也應(yīng)隨即改變，以

3、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(shè)備發(fā)熱，此舉將改變正向壓降和動態(tài)阻抗。在確定LED阻抗時充分考慮散熱環(huán)境是非常重要的。當(dāng)通過降壓穩(wěn)壓器驅(qū)動LED時，LED常常會根據(jù)所選的輸出濾波器排列來傳導(dǎo)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(jié)溫并對LED的使用壽命產(chǎn)生重要影響。如果我們設(shè)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

4、氏度度下的15000小時延長到63攝氏度度下的40000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(jié)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(chǎn)生的影響也不大。例如，在降壓轉(zhuǎn)換器中，等于DC輸出電流(Ipkpk=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(yuǎn)遠(yuǎn)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(jié)溫和工作壽命保持不變。一條非常有用的

5、經(jīng)驗法則是結(jié)溫每降低10攝氏度，半導(dǎo)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(shù)設(shè)計就趨向于更低的紋波電流。此外，LED中的峰值電流不應(yīng)超過廠商所規(guī)定的最大安全工作電流額定值。拓?fù)溥x擇拓?fù)溥x擇表1中所顯示的信息有助于為LED驅(qū)動器選擇最佳的開關(guān)拓?fù)洹３@些拓?fù)渲?，您還可使用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。所有相關(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、E

6、MI抑制以及效率。大多數(shù)的LED驅(qū)動電路都屬于下列拓?fù)漕愋停航祲盒?、升壓型、降壓升壓型、SEPIC和反激式拓?fù)?。?備選的LED電源拓?fù)鋱D2降壓升壓型拓?fù)淇烧{(diào)節(jié)大于或小于Vout的輸入電壓該降壓升壓方法的一個缺陷是電流相當(dāng)高。例如，當(dāng)輸入和輸出電壓相同時，電感和電源開關(guān)電流則為輸出電流的兩倍。這會對效率和功耗產(chǎn)生負(fù)面的影響。在許多情況下，圖3中的“降壓或升壓型”拓?fù)鋵⒕徍瓦@些問題。在該電路中，降壓功率級之后是一個升壓。如果輸入電壓高于輸

7、出電壓，則在升壓級剛好通電時，降壓級會進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。如果輸入電壓小于輸出電壓，則升壓級會進(jìn)行調(diào)節(jié)而降壓級則通電。通常要為升壓和降壓操作預(yù)留一些重疊，因此從一個模型轉(zhuǎn)到另一模型時就不存在靜帶。當(dāng)輸入和輸出電壓幾乎相等時，該電路的好處是開關(guān)和電感器電流也近乎等同于輸出電流。電感紋波電流也趨向于變小。即使該電路中有四個電源開關(guān)，通常效率也會得到顯著的提高，在電池應(yīng)用中這一點至關(guān)重要。圖3中還顯示了SEPIC拓?fù)?，此類拓?fù)湟筝^少的FET，但需

8、要更多的無源組件。其好處是簡單的接地參考FET驅(qū)動器和控制電路。此外，可將雙電感組合到單一的耦合電感中，從而節(jié)省空間和成本。但是像降壓升壓拓?fù)湟粯?，它具有比“降壓或升壓”和脈動輸出電流更高的開關(guān)電流，這就要求電容器可通過更大的RMS電流。圖3降壓或升壓型以及SEPIC拓?fù)涮峁┝烁叩男食鲇诎踩紤]，可能規(guī)定在離線電壓和輸出電壓之間使用隔離。在此應(yīng)用中，最具性價比的解決方案是反激式轉(zhuǎn)換器(請參見圖4)。它要求所有隔離拓?fù)涞慕M件數(shù)最少。變