大功率LED高頻驅動電路設計方案

　　實驗表明大功率LED 在高頻驅動下發(fā)光亮度與持續(xù)恒流驅動相比變化不大， 但發(fā)熱量卻有明顯的下降。LED 在一個脈沖周期內只有高電平時才導通發(fā)光產生， 而在低電平時LED 熄滅， 此時LED 熱量迅速輻射出去。頻率越高單位時間內LED與空氣熱交換次數(shù)越多， LED芯片溫度越低。為了散熱大功率LED芯片大多數(shù)是貼裝在鋁基板上的， 鋁基板與空氣之間主要是通過對流的方式進行熱傳遞的。LED 持續(xù)點亮時， LED芯片溫度變化緩慢， 鋁基板附近一個區(qū)域內有一個溫度梯度， 形成層流區(qū)域。LED 在高頻驅動下芯片溫度會不斷地變化， 溫度梯度被打破， 鋁基板附近就形成了湍流區(qū)域。由熱力學知識可知湍流的對流換熱系數(shù)遠遠大于層流的對流換熱系數(shù)， 那么在單位時間內鋁基板向湍流區(qū)域發(fā)散的熱量就要遠遠大于層流區(qū)域。由此可知LED 在高頻驅動下發(fā)熱量比持續(xù)導通時低。這樣采用高頻驅動方式LED 可以有效地降低芯片的溫度， 從而減小LED 光衰， 延長LED 使用壽命， 另外也有助于簡化LED 燈具的散熱設計。由于受到LED 和驅動器件的響應時間的限制，以及高頻本身會引起器件發(fā)熱， 采用基于恒流二極管高頻驅動源的頻率應小于2MH z。

　　LED 調光主要有模擬調光和PWM 調制調光兩種方式。由于LED 在低電流時會產生色衰， 因此模擬調光一般不常用。PWM 調制通過改變脈沖占空比來實現(xiàn)， 調節(jié)二極管D1負極輸入高頻脈沖的占空比， 即可實現(xiàn)LED調光。

圖5 基于恒流二極管的5W 白光LED高頻驅動電路

　　圖5為基于恒流二極管的5W 白光LED高頻驅動電路。高頻自激式開關電路將交流市電轉換為20V 直流電， 經恒流二極管2THL300后輸出電流恒定為300mA。在開關電路中高頻變壓器磁芯為EE 16, 原邊N 1繞制12圈， N2 繞制210圈， 副邊繞制40圈。

　　D5 為6. 2 V 穩(wěn)壓二極管， 用以穩(wěn)定輸出電壓， Q 1為功率型開關管M JE13003, D16 為鍺管。由NE555 構成頻率為200 kH z占空比1 /6 ~ 5 /6 可調的高頻脈沖發(fā)生電路， 用來控制恒流二極管通斷。5顆1W 白光LED串聯(lián)， 每顆LED電流相同， 發(fā)光亮度一致。調節(jié)可調電阻R 9實現(xiàn)PWM調光。

　　4 小結

　　筆者介紹的高頻LED 驅動電路使用恒流二極管實現(xiàn)了LED的高效恒流驅動。由于恒流二極管的工作電壓范圍比較寬， 在輸入直流電壓大范圍波動時，驅動電路仍然能夠保證恒定電流輸出， 且不會因負載短路而燒毀。通過調節(jié)高頻脈沖信號的占空比很容易實現(xiàn)調光， 并且不會出現(xiàn)LED色度偏移現(xiàn)象。采用高頻方式驅動減小LED 的發(fā)熱量， 從而簡化了LED燈具的散熱設計。另外采用高頻恒流驅動方式相比持續(xù)恒流驅動可以節(jié)省40%左右的電能， 達到了高效節(jié)能的目的。

　　主要創(chuàng)新點是通過在驅動回路中串入大電流恒流二極管， 實現(xiàn)驅動源恒電流輸出。高頻脈沖信號控制恒流二極管通斷， 瞬態(tài)驅動大功率LED, 有效地降低了LED芯片發(fā)熱， 節(jié)能40% 左右。