高效LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)原理

　　圖3量化顯示了疊加于DC輸出電流之上的三角紋波電流所引起的光輸出的減少。在絕大多數(shù)情況下，該紋波電流的頻率高于肉眼可以看到的80Hz。并且，肉眼對(duì)光線的響應(yīng)是指數(shù)式的，不能察覺(jué)出小于20%的光線減弱。因此，即使LED中出現(xiàn)相當(dāng)大的紋波電流，也不會(huì)察覺(jué)出光輸出的減少。

圖3　紋波電流對(duì)LED光輸出的輕微影響

　　紋波電流也通過(guò)提高功耗而影響LED性能，這可能導(dǎo)致結(jié)溫升高，并對(duì)LED的使用壽命產(chǎn)生重大影響。

　　圖4量化顯示了由于紋波電流造成的LED功耗的升高。與LED的散熱時(shí)間常量相比，由于紋波頻率較高，因此，高紋波電流(以及高峰值功耗)不會(huì)影響峰值結(jié)溫，它是由平均功耗確定的。LED的高壓降如一個(gè)電壓源，因此，電流波形對(duì)功耗沒(méi)有影響。不過(guò)，壓降有一個(gè)電阻分量，并且功耗由電阻乘以均方根(RMS)電流的平方確定。

圖4　紋波電流增加了LED的功耗

圖4也闡明了即使在紋波電流較大的時(shí)候，對(duì)功耗也沒(méi)有重大影響。例如，50%的紋波電流僅增加不足5%的功率損耗。當(dāng)大大超過(guò)此水平時(shí)，需要減小電源的DC電流以保持結(jié)溫不變，從而維持半導(dǎo)體的使用壽命。經(jīng)驗(yàn)法則顯示，結(jié)溫每降低10%，半導(dǎo)體使用壽命就會(huì)延長(zhǎng)兩倍。并且，許多設(shè)計(jì)都傾向于更小的紋波電流，這是因?yàn)殡姼衅鞯南拗啤＝^大多數(shù)電感的設(shè)計(jì)處理能力小于20%的Ipk/Iout紋波電流比率。

典型應(yīng)用

　　LED中的電流在很多情況下都是由鎮(zhèn)流電阻或線性穩(wěn)壓器控制的。不過(guò)，本文主要講述的是開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。在驅(qū)動(dòng)LED時(shí)常用的三種基本電路拓?fù)錇椋航祲和負(fù)浣Y(jié)構(gòu)、升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及降壓/升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。采用何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)取決于輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系。
　　在輸出電壓始終小于輸入電壓的情況下，應(yīng)使用降壓穩(wěn)壓器，圖5顯示了該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在該電路中，對(duì)電源開(kāi)關(guān)的占空比(dutyfactor)進(jìn)行了控制，以在輸出濾波器電感L1上確立平均電壓。當(dāng)FET開(kāi)關(guān)閉合時(shí)(TPS5430內(nèi)部)，其將輸入電壓連接到電感器，并在L1中構(gòu)建電流。D2為環(huán)流二極管(catchdiode)，可提供開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的電流路徑。電感器可對(duì)流過(guò)LED的電流起到平滑的作用，該工作可通過(guò)用電阻監(jiān)控(測(cè)量)LED電流，并將電壓與控制芯片內(nèi)部的參考電壓進(jìn)行比較，最終進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果電流太低，則占空比增加，平均電壓也上升，從而也導(dǎo)致了電流的升高。該電路具有極佳的效率，因?yàn)殡娫撮_(kāi)關(guān)、環(huán)流二極管以及電流感測(cè)電阻上的壓降非常低。

圖5　降壓LED驅(qū)動(dòng)器逐步降低輸入電壓

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