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照明用LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)及應(yīng)用(一)

作者: 時(shí)間:2012-07-26 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

1、引言

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/200240.htm

“低碳”生活是目前倡導(dǎo)的一種觀念,對(duì)于來(lái)說(shuō),的應(yīng)用就是具體體現(xiàn)。具有環(huán)保、節(jié)能、效率高、壽命長(zhǎng)、安全可靠的優(yōu)勢(shì),為此,必須了解的使用條件、工作原理、驅(qū)動(dòng)方法和典型應(yīng)用。

2、LED工作原理

要設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路,首先要掌握其工作原理。LED的亮度主要與VF、IF有關(guān)。LED的伏安特性見(jiàn)圖1,其中VF是LED的正向壓降、IF是正向電流。當(dāng)正向電壓超過(guò)閾值(即導(dǎo)通電壓,如圖約1.7V)時(shí),可近似認(rèn)為IF與VF成正比。由圖可知,LED的最高IF可達(dá)1A,而VF通常為2 V~4V。

圖1:LED的VF與IF 的關(guān)系

LED的正向壓降變化范圍比較大(可達(dá)1V以上),而由上圖中的VF-IF曲線可知,VF的微小變化會(huì)引起IF較大的變化,從而引起亮度的較大變化。所以,通常LED的發(fā)光特性都用電流的函數(shù)來(lái)描述,而不是電壓的函數(shù)。但一般的整流電路的輸出電壓隨著電網(wǎng)電壓的波動(dòng)也會(huì)變化,由此可知,采用恒壓源驅(qū)動(dòng)不能保證LED亮度的一致性,并且影響LED的特性。因此,LED驅(qū)動(dòng)通常采用恒流源驅(qū)動(dòng)。

3、LED

由LED的工作原理知道,要使LED保持最佳的亮度狀態(tài),需要恒流源來(lái)驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)的任務(wù)既要保持恒流特性,還要保持較低的功耗。為了滿足以上要求,通常采用的控制電流的方法有:通過(guò)調(diào)節(jié)限流電阻的大小實(shí)現(xiàn)控制電流;通過(guò)調(diào)節(jié)限流電阻上的基準(zhǔn)電壓來(lái)調(diào)節(jié)電流;PWM調(diào)制實(shí)現(xiàn)電流控制。LED的與開(kāi)關(guān)電源中應(yīng)用的技術(shù)十分類似,LED驅(qū)動(dòng)電路是一種電源轉(zhuǎn)換電路,但輸出的是恒定電流而非恒定電壓。無(wú)論在任何情況下,都要輸出恒定而平均的電流,紋波電流要控制在一定的范圍內(nèi)。

⑴ 限流法

如圖2所示,這是傳統(tǒng)的電路。電網(wǎng)電壓通過(guò)降壓、整流、濾波后,通過(guò)電阻限流使LED穩(wěn)定工作。這種電路的致命缺點(diǎn)是:電阻R上的功耗直接影響了系統(tǒng)的效率,再加上變壓器損耗,系統(tǒng)效率約50%。當(dāng)電源電壓在±10%的范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí),流過(guò)LED的電流變化將≥25%,LED上的功率變化超過(guò)30%。電阻限流的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)電磁干擾;但是電流會(huì)隨著VF的變化而改變亮度,效率很低,散熱難。


圖2:限流法

二極管改為空心通直線,電容為平行直線,刪除‘+’號(hào),符號(hào)改為斜體,腳注改為小寫(xiě)正體

⑵ 穩(wěn)壓法

圖3是在圖2的基礎(chǔ)上加了一個(gè)集成穩(wěn)壓元件MC7809,使輸出端的電壓基本穩(wěn)定在9V,限流電阻R可用得很小,不會(huì)造成LED的電壓不穩(wěn)。但是,此電路效率還是低。因?yàn)镸C7809和R1上的壓降仍占很大比例,其效率約為40%左右。這就稱不上是節(jié)能產(chǎn)品。為了達(dá)到既能使LED穩(wěn)定工作,又能保持高的效率,應(yīng)采用低功耗的限流元件和電路來(lái)使系統(tǒng)效率提高。線形穩(wěn)壓法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、外部元件少、效率中等、成本較低。


圖3:穩(wěn)壓法

二極管改為空心通直線,電容為平行直線,刪除‘+’號(hào),符號(hào)改為斜體,腳注改為小寫(xiě)正體

⑶ PWM法

PWM脈寬調(diào)制,即用脈寬調(diào)制的方法,改變LED驅(qū)動(dòng)電流的脈沖占空比來(lái)控制光的亮度。是利用簡(jiǎn)單的數(shù)字脈沖,反復(fù)開(kāi)關(guān)LED驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光技術(shù)。使用者只需提供寬、窄不同的數(shù)字脈沖,即可實(shí)現(xiàn)改變輸出電流,從而調(diào)節(jié)白光LED的亮度。此驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是,通過(guò)一個(gè)電感器將能量傳遞給負(fù)載,通常是用一個(gè)PWM控制信號(hào),對(duì)MOSFET晶體管觸發(fā)導(dǎo)通和關(guān)斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)改變PWM的占空比和電感器的充放電時(shí)間,對(duì)輸入電壓和輸出電壓的比率進(jìn)行調(diào)節(jié)。這類電路常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)包括降壓、升壓、降壓-升壓等類型。優(yōu)點(diǎn)是高效、穩(wěn)定,但容易產(chǎn)生人耳聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲,成本高,設(shè)計(jì)復(fù)雜。


圖4:PWM法

上圖的符號(hào)改為斜體

圖4的PWM信號(hào),經(jīng)過(guò)三極管VQ1的基極連接到P溝道MOS管的柵極上。P溝道MOS管的柵極驅(qū)動(dòng),采用簡(jiǎn)單的NPN三極管驅(qū)動(dòng)放大電路,以改善MOS管的導(dǎo)通過(guò)程,減少驅(qū)動(dòng)電源的功率。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路直接驅(qū)動(dòng)MOS管時(shí),會(huì)引起被驅(qū)動(dòng)MOS管的快速開(kāi)通和關(guān)斷,這就可能造成被驅(qū)動(dòng)MOS管漏源極間電壓的振蕩。一則引起射頻干擾,二則有可能造成MOS管遭受過(guò)高的電壓而擊穿損壞。為解決這一問(wèn)題,需在被驅(qū)動(dòng)MOS管的柵極與驅(qū)動(dòng)電路的輸出之間串聯(lián)一只無(wú)感電阻。當(dāng)PWM波輸出高電平時(shí),三極管VQ1導(dǎo)通,從而使MOS管的柵極電壓低于源極電壓,MOS管的源極和漏極導(dǎo)通,LED點(diǎn)亮。當(dāng)PWM波輸出低電平時(shí),VQ1截止,LED熄滅。

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