談?wù)劯咂焚|(zhì)LED供電電源的設(shè)計(jì)

圖2：光學(xué)積分球截面圖

　　另外，即使容差為±0.1%的電流源（其價(jià)格會(huì)相當(dāng)高）有巨大的市場(chǎng)價(jià)值，它對(duì)在實(shí)際光輸出中產(chǎn)生嚴(yán)格的容差值上沒有什么作用。通過觀察LED光通量的分檔可以確定這一點(diǎn)。表1給出了世界三大頂級(jí)電力光電半導(dǎo)體制造商的高端冷白光LED在350mA和25？C條件下的光通量分檔結(jié)果。注意最后一列是各分檔的容差平均值，而不是所有光通量分檔范圍內(nèi)的容差。

　　計(jì)算光輸出精度

　　了解到來自單個(gè)通量分檔的LED光輸出會(huì)有±3%到±10%的容差之后，系統(tǒng)工程師可能會(huì)因此得出結(jié)論：驅(qū)動(dòng)電流容差值必須是越嚴(yán)格越好。然而從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度來看，該觀點(diǎn)并不正確。一個(gè)常見的但不正確的假設(shè)是：任何值的整體容差都等于最壞條件下各值的簡單累加。為LED供電的電流源的容差和LED光通量的容差是互不相關(guān)的 - 它們?cè)谧畛蹼A段就已相互獨(dú)立。對(duì)于不相關(guān)的兩個(gè)因子X和Y，整體容差Z并不是X和Y的容差之和，而是應(yīng)該利用下述表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算：

　　表2和圖3給出了整體容差和假設(shè)電流源容差的對(duì)比情況，此時(shí)假設(shè)LED光輸出在350mA的區(qū)域內(nèi)隨前向電流呈線性變化。

表2 整體容差和假設(shè)電流源容差的對(duì)比情況　

圖3：整體容差和假設(shè)電流源容差的對(duì)比情況

　　根據(jù)方程（1）可以發(fā)現(xiàn)，最低容差因子的作用大于其他，而且實(shí)際的整體容差值要遠(yuǎn)優(yōu)于各個(gè)因子在最壞情況下的容差和，尤其是當(dāng)其中一個(gè)因子遠(yuǎn)好于其他因子時(shí)。由圖3可知，電流源容差的最合理目標(biāo)是將其控制在LED光輸出的容差范圍內(nèi)。請(qǐng)記?。撼鲇诔杀究紤]，許多燈具會(huì)使用來自不同分檔的LED。表3列出了相同LED所具有的最高兩檔、三檔、四檔光通量分檔下的容差值?！?/P>

表3 相同LED所具有的最高兩檔、三檔、四檔光通量分檔下的容差值

　　調(diào)光控制

　　LED制造商和他們的分銷伙伴正努力地改進(jìn)產(chǎn)品的光通量容差，在合理的成本范圍內(nèi)提供更細(xì)的分檔。對(duì)于那些希望產(chǎn)品可使用5年或50，000個(gè)小時(shí)，并在使用期內(nèi)保持整體光輸出不變的設(shè)計(jì)師而言，即使想滿足最密集的通量分檔和設(shè)定0.1%的容差電流源也很難實(shí)現(xiàn)。因?yàn)闊崃亢碗S著時(shí)間延長而產(chǎn)生的性能衰減等兩個(gè)重要因素會(huì)降低LED的光通量，即使電流源容差和LED光通量容差都達(dá)到0.001%也無法解決該問題?？紤]到這些損耗，高質(zhì)量固態(tài)照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)師必須找到具有額外反饋回路的電源，也即找到熱量和光源。為此需要進(jìn)行調(diào)光控制，那些可以對(duì)輸出電流進(jìn)行線性控制和PWM控制的集成電路便成為最佳選擇。

　　例如，美國國家半導(dǎo)體的LM3409和LM3424都是LED驅(qū)動(dòng)器控制IC，它們是適用于半導(dǎo)體照明的第二代電流源。兩款產(chǎn)品均可通過可變電阻器或電壓源來控制平均的LED電流值，并且可為PMW調(diào)光信號(hào)提供專門的輸入信號(hào)。除了線性控制回路外，LM3409和LM3424的模擬調(diào)節(jié)功能也令系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以在權(quán)衡輸出電流精度及尺寸、成本和電流檢測(cè)電阻的功耗間做出自己的選擇。圖4所示的LM3409/09HV控制降壓電路，是功率LED驅(qū)動(dòng)器中最常用的電路模式。圖5中的LM3424可以作為升壓穩(wěn)壓器LED驅(qū)動(dòng)器，也可以作為降壓/ 升壓、SEPIC、反激式甚至是“懸浮”降壓電路。

　　圖4：LM3409/09HV降壓LED驅(qū)動(dòng)器

　　圖5：LM3424升壓LED驅(qū)動(dòng)器

　　需要光控制的應(yīng)用領(lǐng)域

　　路燈是一個(gè)很好的光源示例，因?yàn)樗袊?yán)格的法定標(biāo)準(zhǔn)限制。對(duì)于公路用路燈，歐盟國家規(guī)定了其最小和最大的光輸出及照明模式。對(duì)于符合此規(guī)定并提供五年或更長使用壽命的LED路燈來說，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到熱量引起的即時(shí)光通量損失，以及更長時(shí)間下性能下降帶來的通量損失。

　　一種很自然的方法是使用光傳感器，比如構(gòu)成線性控制回路的光電二極管。在系統(tǒng)啟用的第一天，就應(yīng)該只使用整體可用驅(qū)動(dòng)電流的一部分，這樣做是考慮到隨著時(shí)間推移，驅(qū)動(dòng)電流將慢慢增至一個(gè)上限，籍此保證光輸出恒定?？梢詫⒐怆姸O管偏置，并轉(zhuǎn)換為一路脈寬調(diào)制信號(hào)，這將有助于在調(diào)光范圍內(nèi)維持更加恒定的相對(duì)色溫，其線性控制回路更加簡單，一般而言調(diào)光范圍也比較小。根據(jù)不同的時(shí)間、運(yùn)動(dòng)傳感器或其他節(jié)省功耗的措施，對(duì)光輸出進(jìn)行控制時(shí)，PWM控制將更加有用。圖6給出了具有更長壽命、光輸出恒定的LED燈的假定原理框圖。　　

　　圖6：PWM（脈寬調(diào)制）用于日/夜控制，線性控制用于光輸出。

　　本文小結(jié)

　　輸出電流精度只是評(píng)價(jià)LED驅(qū)動(dòng)器性能的一個(gè)方面，但是當(dāng)LED本身的光通量容差保持在遠(yuǎn)高于±1%的水平時(shí)，即使對(duì)電流源容差和數(shù)字處理器中電壓軌的容差要求一樣嚴(yán)格，也幾乎沒有任何意義，平均LED電流容差應(yīng)當(dāng)幾乎等于光通量容差。本文基于單個(gè)分檔的誤差探討了一種理想情況，并給出了一些實(shí)際的例子，這些例子使用兩個(gè)或更多分檔的LED，其容差也可更輕松地達(dá)到±5%、±10%或更高。在額外的控制回路中，應(yīng)該將成本開銷用于1%的電流控制，并可將電力用在更高的檢測(cè)電壓方面。有些LED燈會(huì)更強(qiáng)調(diào)簡單實(shí)用和低成本，此時(shí)即使采用線性調(diào)光也會(huì)顯得過于復(fù)雜和昂貴，但如果想要設(shè)計(jì)出發(fā)揮LED全部性能的燈具，就需要使用線性控制或PWM方式或者二者協(xié)調(diào)使用，從而令產(chǎn)品性能和壽命達(dá)到最優(yōu)。