LED驅(qū)動原理設(shè)計及案例

恒流驅(qū)動與散熱的考慮

就電子系統(tǒng)設(shè)計而言，工程師在設(shè)計LED恒流驅(qū)動電路時首先要了解LED的恒流參數(shù)。目前LED芯片的制造商很多，國內(nèi)外LED的差異主要在于相同電參數(shù)的情況下，流明數(shù)可能不同，因此設(shè)計工程師要清楚地認識到LED功率并不是決定發(fā)光效率的唯一參數(shù)。例如，同樣是1W的LED，有的LED可以達到40流明的亮度，而有的只能達到20流明的亮度，這是因為LED光學(xué)效率還取決于材料和制作工藝等諸多環(huán)節(jié)。

有些設(shè)計工程師為提高發(fā)光效率而采取加大驅(qū)動電流的辦法，例如，對于同一顆1W LED，加大驅(qū)動電流后，亮度可以從20流明提高到40流明，但是LED的工作溫度也相應(yīng)升高了。一旦溫度超過LED的限溫點，就會影響LED的壽命和可靠性，這是設(shè)計恒流驅(qū)動過程中需要注意的重要問題。

此外，LED照明系統(tǒng)的光學(xué)效率不僅僅取決于LED恒流驅(qū)動方案，還與整個系統(tǒng)的散熱設(shè)計密切相關(guān)。為縮小體積，某些LED恒流驅(qū)動系統(tǒng)將LED驅(qū)動電路與散熱部分貼近設(shè)計，這樣容易影響可靠性。

一般來說，LED照明系統(tǒng)的熱源基本就是LED燈本身的熱源，熱源太集中會產(chǎn)生熱損耗，因此LED驅(qū)動電路不能與散熱系統(tǒng)緊貼在一起。建議采取下列散熱措施：LED燈采用鋁基板散熱；功率器件均勻排布；盡可能避免將LED驅(qū)動電路與散熱部分貼近設(shè)計；抑制封裝至印刷電路基板的熱阻抗；提高LED芯片的散熱順暢性以降低熱阻抗。

表1：大功率LED在壽命上具有很大優(yōu)勢。

新應(yīng)用對驅(qū)動器的要求

大功率LED被稱為“綠色光源”，它將向大LED電流(300mA 至1.4A)、高效率(60至120 流明/瓦)、亮度可調(diào)的方向發(fā)展。

由于大功率LED在壽命上具有很大優(yōu)勢(表1)，所以發(fā)展前景非常廣闊，其中最被看好的照明應(yīng)用是汽車、醫(yī)療設(shè)備和儀器儀表及其它特種照明環(huán)境。但這些應(yīng)用對LED驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計也提出了新的要求，包括：輸入電壓范圍一般要求為6V到24V；具有沖擊負載保護、反相和過壓保護；待機功耗非常低；低帶隙基準以減少電流檢測損耗以及具有PWM調(diào)整亮度的功能等。

針對這些需求，美國國家半導(dǎo)體公司提供了全系列LED驅(qū)動器設(shè)計方案(見表2)，可以為用戶提供全面的LED驅(qū)動器解決方案。

LED照明系統(tǒng)需要借助于恒流供電，目前主流的恒流驅(qū)動設(shè)計方案是利用線性或開關(guān)型DC/DC穩(wěn)壓器結(jié)合特定的反饋電路為LED提供恒流供電，根據(jù)DC/DC穩(wěn)壓器外圍電路設(shè)計的差異，又可以分為電感型LED驅(qū)動器和開關(guān)電容型LED驅(qū)動器。電感型升壓驅(qū)動器方案其優(yōu)點是驅(qū)動電流較高，LED的端電壓較低、功耗較低、效率保持不變，特別適用于驅(qū)動多只LED的應(yīng)用。在大功率LED驅(qū)動器設(shè)計中，主要采用開關(guān)電容型LED驅(qū)動方案，其優(yōu)點是LED兩端的電壓較高、流過的電流較大，從而獲得較高的功效及光學(xué)效率。先進的開關(guān)電容技術(shù)還能夠提高效率，因而在大功率LED驅(qū)動中應(yīng)用廣泛。

表2：美國國家半導(dǎo)體的LED驅(qū)動器解決方案一覽表。

本文小結(jié)

大功率LED照明技術(shù)有著廣闊的發(fā)展前景，因而受到普遍的關(guān)注和投資者的追捧。現(xiàn)階段，由于LED芯片設(shè)計和制造技術(shù)及材料等諸多因素的限制，它暫時還不能完全取代傳統(tǒng)的白熾燈，因而人們更為關(guān)注大功率LED在特種照明中的應(yīng)用。