讓LED永不熄滅：開關(guān)模式電源設(shè)計(jì)方案概述

驅(qū)動(dòng)開關(guān)模式下的多個(gè)高功率LED并實(shí)現(xiàn)均勻亮度、調(diào)光功能及功率因數(shù)補(bǔ)償并不是一件簡(jiǎn)單的事情，然而對(duì)于專業(yè)的電源設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，只需一天時(shí)間便可滿足全部的設(shè)計(jì)要求。我們所說(shuō)的“驅(qū)動(dòng)LED”就是指“設(shè)計(jì)合適的電源”。但如果你不是專業(yè)的電源設(shè)計(jì)工程師，那么這個(gè)設(shè)計(jì)方案可以說(shuō)是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。

　　切勿望而生畏

　　近年來(lái)，LED照明方案的需求旺盛。無(wú)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(jì)方案。如果你的目標(biāo)是設(shè)計(jì)整個(gè)照明設(shè)備，你還可以參考更多其他的設(shè)計(jì)方案，包括熱管理及光學(xué)系統(tǒng)。本文將集中介紹電源設(shè)計(jì)。

　　在進(jìn)行電源設(shè)計(jì)之前，必須先解決電源負(fù)載的問(wèn)題。為此，需要考慮以下幾個(gè)因素：

　　功率需求 — 你想要驅(qū)動(dòng)多少個(gè)LED燈？是1W、3W還是5W的LED燈？每個(gè)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(gè)優(yōu)秀在線工具，可幫助工程師確定其應(yīng)用設(shè)計(jì)所需LED燈的數(shù)量。

　　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(dòng)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(wèn)題，則建議采用并聯(lián)方式。

　　正向電壓(VF))— 不僅電路中各LED燈的VF 值不同，同時(shí)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。以下是Avago公司ASMT-Ax00 1W系列設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)：

　　LED發(fā)光顏色芯片類型VF，最小值VF，規(guī)格值VF，最大值電流

　　暖白色I(xiàn)nGaN2.83.23.5350mA

　　紅色AlInGaP1.72.12.3350mA

　　藍(lán)綠色I(xiàn)nGaN3.03.43.8350mA

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

　　拓?fù)浣Y(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(zhǎng)于半導(dǎo)體領(lǐng)域，不可避免地傾向于采用開關(guān)模式進(jìn)行所有設(shè)計(jì)(我有一些要好的朋友則是線性設(shè)計(jì)師)。LED照明及開關(guān)模式電源的一個(gè)最大賣點(diǎn)就是高能效，那么為什么不就此設(shè)計(jì)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(gè)問(wèn)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(jìn)行隔離或通用輸入？你希望LED燈組同步還是異步？每一個(gè)拓?fù)?/strong>結(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)你的應(yīng)用需求時(shí)都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

　　在開始電源設(shè)計(jì)之前，需要考慮的最后一個(gè)重要問(wèn)題是確定自己的能力水平。專業(yè)的電源設(shè)計(jì)師即使從零開始進(jìn)行電源設(shè)計(jì)都會(huì)覺得比較輕松，但我們當(dāng)中真正算得上是電源設(shè)計(jì)師的人卻寥寥無(wú)幾。你可以根據(jù)自身的設(shè)計(jì)目標(biāo)，分別參考以下三種方案：　　購(gòu)買成品電源

　　盡管采用他人設(shè)計(jì)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(jiǎn)便方法。即使是這種情況，工程師也有一些極佳的選擇。臺(tái)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(shí)具備調(diào)光、綜合保護(hù)、PFC及通用交流輸入等功能，用業(yè)內(nèi)話來(lái)說(shuō)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(jì)

　　如果你在電源設(shè)計(jì)方面沒有經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)你可能是最好的方法，尤其當(dāng)你受限于某個(gè)專有設(shè)計(jì)方案時(shí)。像德州儀器(TI)及意法半導(dǎo)體等半導(dǎo)體巨頭公司都在其官網(wǎng)上公布了完整的參考設(shè)計(jì)方案，包括原始電路圖、物料清單及應(yīng)用筆記，有時(shí)候甚至還有Gerber文件。你可以通過(guò)查看TI、意法半導(dǎo)體及 凌力爾特等供應(yīng)商的參考設(shè)計(jì)，從而獲得可靠的資源開始產(chǎn)品設(shè)計(jì)。此外，請(qǐng)盡量保持謙謙君子的風(fēng)度，也就是說(shuō)，當(dāng)你在修改某個(gè)供應(yīng)商的參考設(shè)計(jì)時(shí)，你在設(shè)計(jì)、原型及生產(chǎn)制造整個(gè)設(shè)計(jì)流程中都應(yīng)該購(gòu)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(jì)自己的電源，那你就不會(huì)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(shuō)“獨(dú)自一人”。生命太短暫了，一個(gè)人不可能在真空環(huán)境中獨(dú)自完成設(shè)計(jì)。你需要找到一個(gè)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(wèn)題及交換意見。

　　若采用參考設(shè)計(jì)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，你最好先研究一下提供該參考設(shè)計(jì)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(jì)指南；德州儀器則提供模塊圖及在線PowerLab？ 參考設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)；而凌力爾特則在其官網(wǎng)上為設(shè)計(jì)師提供各類應(yīng)用與設(shè)計(jì)筆記以及參考電路。此外，意法半導(dǎo)體 、NXP及安森美半導(dǎo)體也都提供類似資源以幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行LED電源設(shè)計(jì)。

　　更為幸運(yùn)的是，你還可獲取一些優(yōu)秀的經(jīng)濟(jì)型圖形捕捉及布局軟件用于電源設(shè)計(jì)。而當(dāng)你做好一切準(zhǔn)備工作并開始構(gòu)建方案時(shí)，你還可輕松獲得價(jià)格實(shí)惠的PCB 設(shè)計(jì)服務(wù)，保證快速報(bào)價(jià)及需求響應(yīng)。

　　對(duì)于專業(yè)工程師及類似的創(chuàng)客們來(lái)說(shuō)，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(jià)格實(shí)惠的電路設(shè)計(jì)軟件及一流的原型設(shè)備，這是有史以來(lái)可使你自己化身ODM的最佳時(shí)機(jī)。所以，讓LED永不熄滅吧！