實例解析高功率LED照明設(shè)計

電流控制是LED驅(qū)動器關(guān)鍵

在任何情況下，都不能將單個LED與110伏特或220伏特交流(AC)電壓直接連接；這只能帶來瞬間的燦爛且具危險性。直流(DC)電源有電池、太陽能電池及燃料電池等多種形式，但對于一般照明，AC線路電壓為最普遍的輸入電壓。LED照明系統(tǒng)的電路須能夠輸入較高AC電壓，并輸出較低電壓的DC電流。在不同的國家，潮濕、干燥、密閉或敞開環(huán)境，電子規(guī)范都有所不同?？傮w而言，很少有允許輸出電壓超過60伏特DC的應用。將LED用于一般照明的研究才剛剛起步，標準和規(guī)范仍很模糊且時有修改，而利用現(xiàn)有的脫機電源生成中轉(zhuǎn)DC總線電壓是安全的選擇，該電源具有電絕緣和功率因子校正功能，并且符合相應的安全規(guī)范。輸出電壓一般為12伏特、24伏特和48伏特，在過去3、4年中，各種直流對直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器IC已投入市場，這些IC可饋入通用DC電壓并向串聯(lián)的LED輸出恒電流。

DC-DC轉(zhuǎn)換器能精確驅(qū)動LED

有些制造商提供完整的AC輸入、DC電流輸出驅(qū)動器模塊，雖然符合絕緣和功率因素校正(PFC)要求，但能驅(qū)動的LED數(shù)量和類型有限。DC-DC轉(zhuǎn)換器能精確地驅(qū)動LED，因為它們的輸出電流恒定，符合LED的需求。要實現(xiàn)LED不同配置所需的靈活性，固態(tài)照明設(shè)計人員必須知道哪些DC-DC轉(zhuǎn)換器IC可以使用及如何選擇最適合應用的組件。

首先，IC必須能處理所選擇的輸入電壓，并且能在很大的輸出電壓范圍內(nèi)輸出所需的電流。由n個LED串聯(lián)起來的系統(tǒng)，需要的總輸出電壓為：VO=nxVF+VSNS。在該數(shù)列中，「VSNS」表示通過一個串聯(lián)電流傳感組件(通常為電阻)的電壓降。

對于VIN-MIN大于VO-MAX的系統(tǒng)，可使用降壓穩(wěn)壓器。降壓穩(wěn)壓器是以交換式轉(zhuǎn)換器為基礎(chǔ)之LED驅(qū)動器的首選產(chǎn)品，因為它們結(jié)構(gòu)簡單、組件數(shù)量少、適合恒電流輸出及廣泛的控制IC選擇。對于VO-MIN大于VIN-MAX的系統(tǒng)，應使用升壓穩(wěn)壓器。雖然升壓穩(wěn)壓器不太適用于LED驅(qū)動，但它們采用一個單獨的傳感器和兩個電源開關(guān)。與降壓穩(wěn)壓器相同的是，它們的效率很高，并且在控制IC的選擇方面是除降壓穩(wěn)壓器之外的第二選擇。

最后，如果VIN和VO的范圍重疊，則需要降壓-升壓穩(wěn)壓器。這種類型的穩(wěn)壓器應該是電子驅(qū)動設(shè)計所能采取的最后方法，但由于制程和溫度的原因，輸入電壓范圍和誤差與LED的VF誤差相結(jié)合，通常使照明設(shè)計人員不得不做出此困難的選擇。降壓--升壓穩(wěn)壓器傾向于使用更多組件，效率不高，而且比降壓穩(wěn)壓器或升壓穩(wěn)壓器更難設(shè)計。

此外，降壓穩(wěn)壓器和升壓穩(wěn)壓器各自采用一個基本拓撲，而降壓--升壓穩(wěn)壓器則采用單個電感反向拓撲(InvertingTopology)、SEPIC拓撲、Cuk拓撲及反馳式(Flyback)拓撲(耦合電感)等。選擇拓撲實例如下：

采用降壓穩(wěn)壓器

以采用六個白色(InGaN)LED的小型LED燈為例。驅(qū)動電流為1安培±10%，這是3瓦LED的標準電流。所有六個LED將采用串聯(lián)配置，查看LED數(shù)據(jù)表之后得出以下正向電壓數(shù)據(jù)：VF-MIN=3.0V，VF-TYP=3.7V，VF-MAX=5.0V。

該LED可進行分批而縮小VF的范圍，但會增加成本，尤其是如果使用的LED已根據(jù)光通量和/或色溫進行分批。如果采用整個VF范圍，輸出電壓的范圍可以是18～30伏特，這樣的燈具可銷往全球，并且必須在85～265伏特AC的通用AC輸入電壓范圍內(nèi)運作；購買標隔離線電源，它會提供一個中轉(zhuǎn)總線電壓(IntermediateBusVoltage)VBUS。這里需要的是擁有標準輸出電壓的脫機電源，因為它具有最廣泛的產(chǎn)品可以選擇，也具最低成本，因此可選的VBUS為12伏特、24伏特或48伏特，每個電壓都有±5%的誤差。48伏特是最理想的選擇，因為它將提供效率最高但價格卻最低的LED驅(qū)動拓撲--降壓驅(qū)動器。

此外，脫機轉(zhuǎn)換將比12伏特或24伏特選擇更有效，因為將AC電壓逐步降低為48伏特時，輸出電流會更低，轉(zhuǎn)換速率也會更慢。圖5為降壓LED驅(qū)動器的實例。

圖5降壓LED驅(qū)動器