模塊化結(jié)構(gòu)的高性能大功率LED驅(qū)動解決方案

5 采用降壓穩(wěn)壓器的設(shè)計難題

當使用降壓穩(wěn)壓器驅(qū)動LED時,最主要的設(shè)計難題是如何處理當輸入電壓最低時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。在每個開關(guān)周期中， 穩(wěn)壓器必須關(guān)閉300 ns(最短關(guān)斷時間)，以便刷新自舉電容器，該電容器是驅(qū)動內(nèi)部功率FET的電路的一部分。最短關(guān)斷時間是固定的，由于300ns占據(jù)開關(guān)周期的比例會越來越大，因此可以獲得的最大占空比會隨著開關(guān)頻率的提高而下降。以下這個示例，將基于40V的VO-MAX和45V的VIN-MIN， 計算可能的最高開關(guān)頻率fSW-MAX。下面的等式可用來計算fSW-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，當開關(guān)頻率越高時會越小)與功率效率(當開關(guān)頻率越低時會越高)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)動器的元件盡可能最小， 同時在輸入和輸出電壓條件最差期間仍能正常驅(qū)動所有10個LED。

6 避免串并聯(lián)陷阱

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

這個方案實際上并不實用。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)動器的3. 5 A 將永遠無法在不同LED 之間均勻分配。雖然可以非常嚴格地按照VF對LED進行分類，以此來改善電流不匹配，但這種改善只在LED 晶粒溫度為25 度(進行分類的溫度)時有效。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度 時電流完美匹配的陣列在達到熱穩(wěn)態(tài)時，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， 晶粒溫度會上升。

那些VF下降較多的LED會抽取更多電流，導致其晶粒更熱，從而導致VF進一步下降。

路燈設(shè)計師不采用串并聯(lián)方法的第二個原因是LED發(fā)生故障時系統(tǒng)可靠性會變得很差。當LED 發(fā)生故障變?yōu)殚_路時，圖6中所示的電流源將繼續(xù)輸出全部電流，會使增加的電流經(jīng)過其余路徑。LED 發(fā)生故障時也可能變?yōu)槎搪?，這會導致陣列的電壓大幅下降,造成不平衡。電流的任何不平衡會導致陣列中的其他LED過熱，短時間內(nèi)會減少光輸出，長時間會降低流明維持率，這會導致燈過早變暗或報廢。因此，為了獲得可靠的LED 光源，每個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)點都無法彌補其初始購買價格較高這一缺憾。路燈照明的情況則明顯不同。因為LED 路燈照明具有較長的壽命， 高可控性， 非常符合政府的需要， 而且也便于政府評估LED路燈的擁有成本與初始購買價格。由于配備了良好的散熱設(shè)備和強大的驅(qū)動電路， 這是LED 路燈方案的價值所在。筆者提出的驅(qū)動器解決方案， 很好地達到了較高的初始成本與延長使用壽命之間的平衡。每個路燈可以控制它的光輸出、響應(yīng)并報告故障， 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)。