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基于大功率LED恒流驅動器的設計及其實例

作者: 時間:2013-01-25 來源:網(wǎng)絡 收藏

 原理是是一個電光轉換的過程,當一個正向偏壓施加于PN結兩端,由于PN結勢壘的降低,P區(qū)的正電荷將向N區(qū)擴散,N區(qū)的電子也向P區(qū)擴散,同時在兩個區(qū)域形成非平衡電荷的積累。廣泛的應用于室內外裝飾、特種照明方面,而恒流驅動方案有利于對新的應用打下基礎。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/167363.htm

  恒流驅動和提高的光學效率是LED應用的兩個關鍵問題,本文介紹LED的應用恒流驅動方案的選擇指南,然后以美國國家半導體(NS)的產(chǎn)品為例,重點討論如何巧妙應用LED恒流驅動電路的采樣電阻提高大功率LED的效率,并給出大功率LED與散熱的注意事項。

  驅動芯片的選擇

  LED驅動只占LED照明系統(tǒng)成本的很小部分,但它關系到整個系統(tǒng)性能的可靠性。目前,美國國家半導體公司的LED驅動方案主要定位在中高端LED照明和燈飾等市場。燈飾分為室內和室外兩種,由于室內LED燈所應用的電源環(huán)境有AC/DC和DC/DC轉換器兩種方式,所以驅動芯片的選擇也要從這兩方面考慮。

可變電流和可變電壓基本電路圖

圖1:可變電流和可變電壓基本電路

  1、AC/DC轉換器

  AC/DC分為220V交流輸入和12V交流輸入。12V交流電是酒店中廣泛應用的鹵素燈的電源,現(xiàn)有的LED可以在保留現(xiàn)有交流12V的條件下進行設計。針對替代鹵素燈的設計,美國國家半導體LM2734的主要優(yōu)勢是體積小、可靠性高、輸出電流高達1A,恰好適合鹵素燈燈口直徑小的特點。

  取代鹵素燈之后,LED燈一般做成1W或3W.LED燈與鹵素燈相比有兩大優(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燈的亮度,因此比較省電;(2) LED燈的壽命比鹵素燈長。

  LED燈的主要弱點是燈光的射角太窄,成本相對較高。但從長遠來看,由于LED燈的壽命較長,所以還是具有非常大的成本優(yōu)勢。220V AC/DC轉換器(例如LM5021)主要鎖定舞臺燈和路燈市場。

  2、 DC/DC轉換器

  目前,LED手電筒占據(jù)了DC/DC轉換器的絕大部分需求量。手電筒采用的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 手電筒的應用一直還存在一些難點,因為3W LED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3W LED燈的電流高達700mA,一次充電后的電池使用時間縮短。盡管如此,對于上述應用國家半導體提供LM3475、LM2623A和LM3485等方案。

礦燈也是LED燈的主要應用領域之一,它屬于特種照明行業(yè),需要專業(yè)的認證標準,中國對LED在礦燈領域的應用一直都很重視。目前,LED設計行業(yè)存在對特種行業(yè)的需求認識不足的問題,設計中常采用一些不切實際的、新奇的設計方案。例如,將LED燈和電池一起嵌入頭盔,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在礦燈市場的應用一直沒有打開局面的重要原因。

  對于礦燈LED應用,美國國家半導體提供了豐富的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,構成一種具有特殊閃爍功能的礦燈。

  總而言之,LED燈在燈飾和特種照明行業(yè)有著廣泛的發(fā)展前景,國家半導體為此提供完整的新型LED驅動解決方案。

基于LM2734的恒流驅動電路圖

圖3:LM2734的恒流驅動電路

  高效的恒流驅動電路

  恒壓供電的基本電路(圖1左)采用反饋電阻RFB1和RFB2,當負載電流發(fā)生變化時,VFB也隨之變化,DC/DC穩(wěn)壓器通過感知VFB的變化,使輸出電壓維持在一個固定的電平: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反饋端實現(xiàn)恒壓到恒流轉換的原理。

  一般來說,DC/DC穩(wěn)壓器對VFB的變化有一個感知的范圍,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。

  以VFB等于1.25V為例,假設IF分別為15mA、350mA和700mA,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,采樣電阻的設計對提高LED的功效至關重要,它應該選取盡可能小的數(shù)值。

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