LED恒流精準(zhǔn)控制技術(shù)詳解
提到LED驅(qū)動精準(zhǔn)度通常會想到恒流誤差,其實(shí)驅(qū)動精度并不僅僅限于電流精度一項(xiàng)。LED是一款典型的電流驅(qū)動型器件,精準(zhǔn)控制LED驅(qū)動電流,可決定包括光效率、電源效率、散熱和產(chǎn)品亮度等在內(nèi)的許多參數(shù)。驅(qū)動LED主要在于控制它的電流。無論是直接增、縮驅(qū)動電流,還是占空比(PWM)減小開關(guān)時間比,均是控制電流方式,但達(dá)到的目的卻不相同。本文將闡述不同的驅(qū)動在不同應(yīng)用中的區(qū)別。
分布式恒流驅(qū)動原理介紹
在以往的白熾燈和節(jié)能燈市場,大公司所形成的規(guī)格有限的主流燈具型號, LED很難再繼續(xù)遵守。LED有它的應(yīng)用靈活性,在日后的設(shè)計中會帶來較多的電源規(guī)格。我們要避免過多的電源規(guī)格,不給日后量產(chǎn)帶來諸多障礙。本著在不限制設(shè)計靈活性同時,還能兼顧盡量少的電源設(shè)計規(guī)格的思路,我們提出了分布式恒流架構(gòu)。
分布式恒流的原理在于,在各并聯(lián)支路點(diǎn)均設(shè)立獨(dú)立恒流源,以管理、維持、控制支路與支路、支路與整體線路的穩(wěn)定。分布式恒流電路在使用上可視為一個完整的線路結(jié)構(gòu),而實(shí)際應(yīng)用是分布在線路各節(jié)點(diǎn)的,是一個可以通過恒流控制并能相互通訊的電路結(jié)構(gòu)。分布式恒流設(shè)計LED產(chǎn)品,有著非常高的產(chǎn)品穩(wěn)定性以及獨(dú)有的設(shè)計優(yōu)勢。
在當(dāng)前,LED產(chǎn)品宣稱與實(shí)際使用壽命有較大的差距。在驅(qū)動線路設(shè)計技術(shù)積累有限的情況下,用評估產(chǎn)品壽命的方法來衡量實(shí)際使用壽命,容易造成誤差。而驅(qū)動線路的穩(wěn)定性將直接影響產(chǎn)品整體穩(wěn)定。
分布式恒流技術(shù)有高可靠性的原因在于,讓AC電源部分繼續(xù)沿用傳統(tǒng)開關(guān)電源,采用恒壓的供電模式。開關(guān)電源技術(shù)積累會給LED電源設(shè)計創(chuàng)造品質(zhì)條件。在同一功率電源規(guī)格下,不用再開發(fā)新的電源型號,功率可向下兼容,大大減少電源規(guī)格,提高電源統(tǒng)一性。
軟、硬結(jié)合的精度控制思路
在日常驅(qū)動電源設(shè)計中,周邊器件累計誤差處理起來很是棘手,導(dǎo)致驅(qū)動電源參數(shù)離設(shè)計初衷相差甚遠(yuǎn)。恒流驅(qū)動需要電流檢測,通常做法是在支路中串接毫偶電阻獲取回授信息,要達(dá)到高的效率,電阻值會越小,過小的毫偶電阻給生產(chǎn)、測試都帶來不便,一般的儀器無法驗(yàn)證到正確值,生產(chǎn)過程也會影響到精度,電阻方式設(shè)定電流是固定方式,調(diào)整并不方便。
軟、硬件結(jié)合方式將開啟LED應(yīng)用技術(shù)的飛躍。LED恒流精度值軟件化,可大幅提升LED應(yīng)用的靈活性。恒流驅(qū)動器電流設(shè)定軟件化實(shí)際上就是在IC內(nèi)部設(shè)立寄存器,根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品應(yīng)用存儲的方式設(shè)置輸出電流大小,這一切都是軟件化過程,不需要更改線路設(shè)計。可通過微機(jī)操作軟件,用直觀的數(shù)字寫入完成電路電流設(shè)定。
驅(qū)動線路周邊零器件,這是我們的目標(biāo)。周邊零器件不會帶來設(shè)計器件參數(shù)誤差累計,從而大幅提高恒流的精度。
我國的IC制造工藝目前不能滿足LED驅(qū)動精度要求,但是我們可以用新技術(shù)、新辦法達(dá)到世界頂級恒流精度水平。驅(qū)動精準(zhǔn)控制便是其中一種方法。
在進(jìn)行驅(qū)動精準(zhǔn)控制時,首先要看設(shè)計目的是什么?是按照最高光效,還是按照燈具的一致性設(shè)計?如果僅限于驅(qū)動電流的精準(zhǔn),實(shí)際上是很容易做到的。例如驅(qū)動電流穩(wěn)定準(zhǔn)確,或隨溫度變化有保護(hù)等。但在客戶看來并不僅限于這些??蛻粢蟾黜?xiàng)參數(shù)都能符合要求,比如產(chǎn)品的一致性、效率等。對于客戶的這些要求,我們需要在設(shè)計驅(qū)動上下功夫。歸根結(jié)底還是怎樣控制精準(zhǔn)度,并最終按照我們的設(shè)計意圖來調(diào)整電流,提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
為了達(dá)到上述目的,我們可以通過在精細(xì)化的恒流輸出范圍內(nèi),均等的劃分若干等級,并將每階電流數(shù)字化描述,驅(qū)動IC讀取對應(yīng)數(shù)字并執(zhí)行相應(yīng)電流值來實(shí)現(xiàn)。可以選擇內(nèi)置非易失性E2PROM。相信任何寄存器都能完成其任務(wù),可按照應(yīng)用需要和工藝允許的條件,決定存儲器的類型選擇。
電流階的劃分與設(shè)計可因市場的不同而有所區(qū)別。分布式恒流內(nèi)置寄存器后,電流值劃分會彌補(bǔ)工藝上的精度不足。因制造工藝原因輸出電流總是有誤差,軟件化后將因此而得到改善。
長運(yùn)通的驅(qū)動IC在出廠時,可根據(jù)客戶的不同需求,提供不同的電流輸出值,免除批量校準(zhǔn)過程。小用量的客戶還可通過附贈的微機(jī)軟件自行改寫電流值。此外,客戶還可以通過產(chǎn)品設(shè)計接口來根據(jù)需求改變產(chǎn)品的亮度,并在年久后,因LED光衰減或根據(jù)現(xiàn)實(shí)使用情況,再次確定驅(qū)動電流值及用途。
提升驅(qū)動效率的設(shè)計新法
AC電源驅(qū)動LED在單串接支路是可行的,可是單串接只是LED驅(qū)動應(yīng)用中很少一部分,大多應(yīng)用有并聯(lián)情況。在有并聯(lián)LED驅(qū)動的情況下,整體恒流設(shè)計中的支路LED并不一定工作在恒流狀態(tài),整個產(chǎn)品LED電流是相互影響的。通常,在小電流設(shè)計中選擇并聯(lián)使用,這是因?yàn)樾‰娏鳟a(chǎn)品不會立即受影響而損壞,但隱患是仍然存在的。
在大電流設(shè)計者中,例如LED路燈設(shè)計,設(shè)計者不會將多路LED直接并聯(lián)上去,因?yàn)檫@樣危險會立刻發(fā)生。通常的做法是,先恒壓再DC恒流,通過這兩級設(shè)計完成。我們知道DC驅(qū)動效率是在合理的電壓和負(fù)載條件下,那么如何保證負(fù)載LED數(shù)量或LED隨溫度變化都在合理的范圍內(nèi)?怎樣靈活的讓客戶變更LED驅(qū)動數(shù)量?解決以上問題需要設(shè)計AC到DC恒流的回授機(jī)制,但到目前為止并不具備該技術(shù)條件。
長運(yùn)通采用了另外一種做法:該公司的分布式恒流驅(qū)動器,能提供光耦驅(qū)動能力,其中一個支路可作為全部支路的代表。分布式恒流支路相互可以通訊,實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的聯(lián)動機(jī)制,同時兼容控制、數(shù)據(jù)讀寫接口功能。此外,周邊設(shè)計零器件化,電源輸出電壓與負(fù)載阻抗匹配,從而實(shí)現(xiàn)恒流源與光源集成。
目前,AC電源結(jié)合控制方式主要包括以下幾種:
1.原邊反饋電源。該技術(shù)用于小功率LED燈具驅(qū)動,用原有原邊反饋充電器開關(guān)電源移植而來。這部分AC驅(qū)動沒有因LED應(yīng)用而改變規(guī)格,有著諸多的型號供選擇。除體積受限外,設(shè)計上與開關(guān)電源沒有本質(zhì)區(qū)別,借用到LED也算合理;
2.大功率隔離照明電源。該技術(shù)中,LED驅(qū)動全部是采用開關(guān)電源而設(shè)計,任何公司到目前為止都沒有推出針對LED專用AC驅(qū)動器件,隔離電源就是開關(guān)電源?;究梢詳嘌蚤_關(guān)電源就是LED-AC驅(qū)動,也是主要的應(yīng)用方式之一;
3.非隔離LED驅(qū)動電源。非隔離LED驅(qū)動推出較多針對性電源技術(shù),是值得肯定的,是LED電源一個方向。隔離安全主要取決于與外殼爬電間隙設(shè)計,并沒有規(guī)定LED電源一定要隔離設(shè)計,也沒有限制輸出電壓值。關(guān)鍵是采用哪種隔離更安全。非隔離有驅(qū)動效率高等優(yōu)點(diǎn),結(jié)合結(jié)構(gòu)也能設(shè)計出優(yōu)質(zhì)、安全、高效的LED產(chǎn)品;
4.可控硅調(diào)光兼容性電源。該技術(shù)應(yīng)用特殊,數(shù)量受限,屬于過渡性技術(shù)。
在目前主流AC電源市場中,重點(diǎn)是前三項(xiàng)。其中非隔離技術(shù)發(fā)展較快。而前兩項(xiàng)隔離LED驅(qū)動設(shè)計,均是移植開關(guān)電源芯片,本質(zhì)上沒有脫離開關(guān)電源原有模式。雖然各公司的諸的專家學(xué)者都在致力于LED照明電源研究,但目前技術(shù)依然停留在開關(guān)電源階段。為此LED照明電源主要研究的重點(diǎn)應(yīng)該放在次級DC部分,將恒壓開關(guān)電源與分布式恒流技術(shù)結(jié)合。
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