開關(guān)模式電源設(shè)計方案概述

　　驅(qū)動開關(guān)模式下的多個高功率LED并實現(xiàn)均勻亮度、調(diào)光功能及功率因數(shù)補償并不是一件簡單的事情，然而對于專業(yè)的電源設(shè)計師來說，只需一天時間便可滿足全部的設(shè)計要求。我們所說的“驅(qū)動LED”就是指“設(shè)計合適的電源”。但如果你不是專業(yè)的電源設(shè)計工程師，那么這個設(shè)計方案可以說是個不小的挑戰(zhàn)。

　　切勿望而生畏

　　近年來，LED照明方案的需求旺盛。無論你的能力水平如何，你都可以獲得大量可選擇的電源設(shè)計方案。如果你的目標是設(shè)計整個照明設(shè)備，你還可以參考更多其他的設(shè)計方案，包括熱管理及光學系統(tǒng)。本文將集中介紹電源設(shè)計。

　　在進行電源設(shè)計之前，必須先解決電源負載的問題。為此，需要考慮以下幾個因素：

　　1.功率需求 — 你想要驅(qū)動多少個LED燈?是1W、3W還是5W的LED燈?每個串聯(lián)線路上的LED燈是否是固定數(shù)量，還是需要根據(jù)輸出電壓范圍調(diào)整電源供電?你期望的電源亮度如何?Cree公司提供一個優(yōu)秀在線工具，可幫助工程師確定其應(yīng)用設(shè)計所需LED燈的數(shù)量。

　　2.連接方案 — 你是想采用串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)方式驅(qū)動LED燈?若需要使每一組的所有LED亮度保持一致，一般建議采用串聯(lián)配置。但若輸出電壓有問題，則建議采用并聯(lián)方式。

　　3.正向電壓(VF))— 不僅電路中各LED燈的VF 值不同，同時具備不同顏色及不同芯片技術(shù)的典型LED正向電壓也不一樣。

　　4.特性 — 實現(xiàn)調(diào)光及功率因數(shù)補償?shù)忍匦跃鶎⒃黾釉O(shè)計的復(fù)雜度。通過改變LED的持續(xù)正向電流或進行脈寬調(diào)制(PMW)便可實現(xiàn)調(diào)光功能;而通過PWM輸出，利用低成本微控制器便可實現(xiàn)最大限度的控制及靈活性，但必須與電源電路進行精確集成。至于功率因數(shù)補償(PFC)，若是由于尺寸或預(yù)算限制而無法實現(xiàn)傳統(tǒng)PFC，那么你還有其他選擇，例如安森美半導體公司就提供一套基于NCL3000臨界導電模式控制器的單段式高功率因數(shù)LED驅(qū)動方案。

　　5.拓撲結(jié)構(gòu) — 任何人都不希望成為有偏見的人，包括我自己，但由于我成長于半導體領(lǐng)域，不可避免地傾向于采用開關(guān)模式進行所有設(shè)計(我有一些要好的朋友則是線性設(shè)計師)。LED照明及開關(guān)模式電源的一個最大賣點就是高能效，那么為什么不就此設(shè)計電源呢?若決定采用LED照明及開關(guān)模式，那么你需要考慮以下幾個問題：你的照明應(yīng)用是采用直流還是離線式?如果采用離線式，是否需要進行隔離或通用輸入?你希望LED燈組同步還是異步?每一個拓撲結(jié)構(gòu)在實現(xiàn)你的應(yīng)用需求時都有各自的優(yōu)點和缺點。

　　在開始電源設(shè)計之前，需要考慮的最后一個重要問題是確定自己的能力水平。專業(yè)的電源設(shè)計師即使從零開始進行電源設(shè)計都會覺得比較輕松，但我們當中真正算得上是電源設(shè)計師的人卻寥寥無幾。你可以根據(jù)自身的設(shè)計目標，分別參考以下三種方案：

　　購買成品電源

　　盡管采用他人設(shè)計的電源方案通常讓人沒有什么成就感，但它卻是工程師構(gòu)建LED照明的最簡便方法。即使是這種情況，工程師也有一些極佳的選擇。臺灣明緯公司提供的離線式LED電源包裝精美，適用于室內(nèi)室外應(yīng)用，同時具備調(diào)光、綜合保護、PFC及通用交流輸入等功能，用業(yè)內(nèi)話來說就是“功能完整”的小家伙。若你還有其他功能需求，該公司還可提供更多基礎(chǔ)的可選方案。

　　修改成熟的參考設(shè)計

　　如果你在電源設(shè)計方面沒有經(jīng)驗，這對你可能是最好的方法，尤其當你受限于某個專有設(shè)計方案時。像德州儀器(TI)及意法半導體等半導體巨頭公司都在其官網(wǎng)上公布了完整的參考設(shè)計方案，包括原始電路圖、物料清單及應(yīng)用筆記，有時候甚至還有Gerber文件。你可以通過查看TI、意法半導體及 凌力爾特等供應(yīng)商的參考設(shè)計，從而獲得可靠的資源開始產(chǎn)品設(shè)計。此外，請盡量保持謙謙君子的風度，也就是說，當你在修改某個供應(yīng)商的參考設(shè)計時，你在設(shè)計、原型及生產(chǎn)制造整個設(shè)計流程中都應(yīng)該購買該供應(yīng)商的產(chǎn)品。

　　孤注一擲

　　如果你想從零開始設(shè)計自己的電源，那你就不會有任何阻礙，可能偶爾煩躁一下燒焦的指尖或是帶著煙味的頭發(fā)。重要的是，你必須清楚這里所謂的孤注一擲并不是說“獨自一人”。生命太短暫了，一個人不可能在真空環(huán)境中獨自完成設(shè)計。你需要找到一個聚集同行或?qū)＜业某蓡T社區(qū)，例如e絡(luò)盟社區(qū)，以便咨詢問題及交換意見。

　　若采用參考設(shè)計進行產(chǎn)品研發(fā)，你最好先研究一下提供該參考設(shè)計的供應(yīng)商。正如上文提到的Cree公司，它可提供一些有用的設(shè)計指南;德州儀器則提供模塊圖及在線PowerLab™ 參考設(shè)計數(shù)據(jù)庫;而凌力爾特則在其官網(wǎng)上為設(shè)計師提供各類應(yīng)用與設(shè)計筆記以及參考電路。此外，意法半導體 、NXP及安森美半導體也都提供類似資源以幫助設(shè)計師進行LED電源設(shè)計。

　　更為幸運的是，你還可獲取一些優(yōu)秀的經(jīng)濟型圖形捕捉及布局軟件用于電源設(shè)計。而當你做好一切準備工作并開始構(gòu)建方案時，你還可輕松獲得價格實惠的PCB 設(shè)計服務(wù)，保證快速報價及需求響應(yīng)。

　　對于專業(yè)工程師及類似的創(chuàng)客們來說，孤注一擲是最具趣味的一種方案。你可以獲取全球的豐富資源，并使用價格實惠的電路設(shè)計軟件及一流的原型設(shè)備，這是有史以來可使你自己化身ODM的最佳時機。所以，讓LED永不熄滅吧!