高性能LED路燈驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方案

　　5 采用降壓穩(wěn)壓器的設(shè)計(jì)難題

　　當(dāng)使用降壓穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)LED時(shí)， 最主要的設(shè)計(jì)難題是如何處理當(dāng)輸入電壓最低時(shí)輸出電壓卻最高的情況。和許多開關(guān)穩(wěn)壓器相似， LM3402HV 無法無限地打開它的內(nèi)部功率N - MOSFET。在每個(gè)開關(guān)周期中， 穩(wěn)壓器必須關(guān)閉300 ns（最短關(guān)斷時(shí)間） , 以便刷新？？自舉 電容器， 該電容器是驅(qū)動(dòng)內(nèi)部功率FET 的電路的一部分。最短關(guān)斷時(shí)間是固定的， 由于300 ns占據(jù)開關(guān)周期的比例會(huì)越來越大， 因此可以獲得的最大占空比會(huì)隨著開關(guān)頻率的提高而下降。以下這個(gè)示例， 將基于40 V 的VO - MAX 和45 V 的V IN -M IN, 計(jì)算可能的最高開關(guān)頻率fSW -M AX。下面的等式可用來計(jì)算f SW - MAX。

　　LM3402HV 的典型開關(guān)頻率范圍為50 kH z~ 1MHz, 且采用500 kH z, 通常可以在功率元件物理尺寸（如電感器， 當(dāng)開關(guān)頻率越高時(shí)會(huì)越?。┡c功率效率（當(dāng)開關(guān)頻率越低時(shí)會(huì)越高）之間取得較好的平衡。

　　在本示例中， 無法使用500 kH z, 因此將使用370 kH z。

　　這將確保LED驅(qū)動(dòng)器的元件盡可能最小， 同時(shí)在輸入和輸出電壓條件最差期間仍能正常驅(qū)動(dòng)所有10個(gè)LED。

　　6 避免串并聯(lián)陷阱

　　許多工程師會(huì)考慮由一個(gè)電流源驅(qū)動(dòng)的串并聯(lián)陣列， 如圖5所示。對(duì)于本示例而言， 電路將成為以相同的30 V ~ 40 V 輸出電壓輸出3. 5 A 的單個(gè)電流源。

圖5 交叉連接的串并聯(lián)陣列

　　這個(gè)方案實(shí)際上并不實(shí)用。首先， 即使如圖5中所示那樣交叉連接， 不同LED 的VF之間存在自然差異， 這意味著來自驅(qū)動(dòng)器的3. 5 A 將永遠(yuǎn)無法在不同LED 之間均勻分配。雖然可以非常嚴(yán)格地按照VF對(duì)LED進(jìn)行分類， 以此來改善電流不匹配， 但這種改善只在LED 晶粒溫度為25 ? （進(jìn)行分類的溫度）時(shí)有效。一旦晶粒溫度上升， VF開始下降。而且如同VF本身一樣， 不同LED的電壓隨溫度變化的情況也不相同。在25 ? 時(shí)電流完美匹配的陣列在達(dá)到熱穩(wěn)態(tài)時(shí)， 將再次變得不平衡。更為糟糕的是， LED 電流之間存在正反饋回路， 正向電壓下降， 晶粒溫度會(huì)上升。

　　那些VF下降較多的LED 會(huì)抽取更多電流， 導(dǎo)致其晶粒更熱， 從而導(dǎo)致VF進(jìn)一步下降。

圖6 串并聯(lián)陣列故障響應(yīng)較差

　　路燈設(shè)計(jì)師不采用串并聯(lián)方法的第二個(gè)原因是LED發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)可靠性會(huì)變得很差。當(dāng)LED 發(fā)生故障變?yōu)殚_路時(shí)， 圖6中所示的電流源將繼續(xù)輸出全部電流， 會(huì)使增加的電流經(jīng)過其余路徑。LED 發(fā)生故障時(shí)也可能變?yōu)槎搪罚?這會(huì)導(dǎo)致陣列的電壓大幅下降， 造成不平衡。電流的任何不平衡會(huì)導(dǎo)致陣列中的其他LED過熱， 短時(shí)間內(nèi)會(huì)減少光輸出， 長(zhǎng)時(shí)間會(huì)降低流明維持率， 這會(huì)導(dǎo)致燈過早變暗或報(bào)廢。因此，為了獲得可靠的LED 光源， 每個(gè)LED 串應(yīng)該有它自己專用的電流源（或電流庫）。

　　7 小結(jié)

　　在許多消費(fèi)類照明領(lǐng)域， 白熾燈泡、熒光燈管等現(xiàn)有技術(shù)的成本非常低， 以致于LED 照明的許多優(yōu)點(diǎn)都無法彌補(bǔ)其初始購(gòu)買價(jià)格較高這一缺憾。路燈照明的情況則明顯不同。因?yàn)長(zhǎng)ED 路燈照明具有較長(zhǎng)的壽命， 高可控性， 非常符合政府的需要， 而且也便于政府評(píng)估LED路燈的擁有成本與初始購(gòu)買價(jià)格。由于配備了良好的散熱設(shè)備和強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)電路， 這是LED 路燈方案的價(jià)值所在。筆者提出的驅(qū)動(dòng)器解決方案， 很好地達(dá)到了較高的初始成本與延長(zhǎng)使用壽命之間的平衡。每個(gè)路燈可以控制它的光輸出、響應(yīng)并報(bào)告故障， 以及與相鄰路燈通信， 從而為社區(qū)提供高效、可靠的服務(wù)。