技術(shù)知識(shí)：用恒流穩(wěn)壓器實(shí)現(xiàn)高亮度LED照明方案

近些年來(lái)，LED領(lǐng)域出現(xiàn)了諸如高亮度LED(HB-LED)這樣的進(jìn)展，這些技術(shù)進(jìn)展已經(jīng)很快地應(yīng)用于汽車、建筑物和街道照明等終端市場(chǎng)。而且，在最新驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的配合下，高性能LED照明變得比傳統(tǒng)的照明形式更加可靠及高效，在市場(chǎng)上也越來(lái)越普及。

但由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化，LED的驅(qū)動(dòng)及控制方式多種多樣。許多應(yīng)用所使用的方案并未顧及LED的特殊需要。有些方式雖然能夠應(yīng)對(duì)新的認(rèn)證需要，但并不能提供極佳的系統(tǒng)方案。因此，市場(chǎng)上存在針對(duì)特定應(yīng)用解決方案的機(jī)會(huì)和需求。

系統(tǒng)方案

安捷倫科技現(xiàn)已退休的科學(xué)家Roland Haitz博士曾強(qiáng)調(diào)：照明領(lǐng)域——實(shí)質(zhì)上已是整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。他說(shuō)道，“雖然愛(ài)迪生只是第38位發(fā)明基于燈絲的電燈的人，但他是第1個(gè)提供整個(gè)照明系統(tǒng)的人?！盚B-LED的存在，創(chuàng)造了替代現(xiàn)有多缺點(diǎn)照明技術(shù)的巨大機(jī)會(huì)。然而，與Haitz博士的觀點(diǎn)一致，我們認(rèn)為需要系統(tǒng)的方案來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)理念，即讓HB-LED系統(tǒng)替代燈絲、熒光燈管甚至是鹵素和氙氣照明等傳統(tǒng)照明系統(tǒng)。

固態(tài)HB-LED照明系統(tǒng)的主要組件可以簡(jiǎn)單地劃分為電源轉(zhuǎn)換、控制及驅(qū)動(dòng)、熱管理、光學(xué)，當(dāng)然還包括LED本身。沒(méi)有完整提供及應(yīng)用這些組件中任何一個(gè)，給定的HB-LED照明系統(tǒng)就不能高效工作。例如，沒(méi)有使用透鏡和導(dǎo)光板來(lái)對(duì)光源對(duì)焦(focusing)及處理，就無(wú)法符合應(yīng)用的照明規(guī)格。同樣，如果沒(méi)有慎重考慮及應(yīng)對(duì)熱管理問(wèn)題，由于LED接面溫度急升至遠(yuǎn)高于組件的最高額定工作溫度，就會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)工作壽命。

HB-LED照明系統(tǒng)中的電壓源會(huì)隨著應(yīng)用類型的差異而不同。對(duì)于建筑及樓宇應(yīng)用而言，我們通?？梢灶A(yù)估供電電壓為交流電源。與此同時(shí)，戶外照明可能采用交流電源、12V鉛酸電池等未穩(wěn)壓電源或者太陽(yáng)能供電。而就汽車應(yīng)用而言，電源通常是12V電池。

盡管有可能采用電壓源來(lái)驅(qū)動(dòng)LED而不使用某種類型的電源轉(zhuǎn)換，但這并非一個(gè)好主意，因?yàn)檎５碾妷翰▌?dòng)會(huì)導(dǎo)致LED電流大幅變化。顧及電壓/電流(V /I)曲線極為陡峭以及不同批次LED的正向電壓(通常高于1V)差異較大等因素，使用隔離或非隔離電源轉(zhuǎn)換段就是非常必要的了。LED穩(wěn)流

LED驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是限制電流，而不論何種輸入條件及多種工作條件下正向電壓如何變化。驅(qū)動(dòng)器本身以及整體系統(tǒng)方案必須符合應(yīng)用在能效、電流容限、外形因子、尺寸、成本及安全性等方面的要求。所選擇的方案還必須易于應(yīng)用及足夠強(qiáng)固，以滿足特定應(yīng)用的極端環(huán)境條件。

設(shè)計(jì)人員根據(jù)其應(yīng)用的不同細(xì)節(jié)，可以選擇三種不同的基本穩(wěn)壓器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它們是：

● 降壓(Buck)—所有工作條件下最小輸入電壓(Vin)都始終大于LED串的最大工作電壓時(shí)采用。

● 升壓(Boost)—所有工作條件下最大輸入電壓(Vin)都始終小于LED串最小工作電壓時(shí)采用。

● 降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)—輸入與輸出電壓之間有交迭時(shí)采用。耦合電感方面的進(jìn)步使這些方案更易于應(yīng)用在同等尺寸的降壓或升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。一旦掌握，SEPIC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就能夠提供比其他常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更多的優(yōu)勢(shì)，也能夠提供更高能效、更小外形及更低成本。

LED穩(wěn)流方案的分類

1 電阻

電阻是最簡(jiǎn)單、最低成本的穩(wěn)流方案。在實(shí)踐中，它們并不是一種實(shí)用的解決方案，因?yàn)樗鼈円蕾囉陔姵仉妷海瑢?dǎo)致LED亮度變化，能效低和必要的昂貴成本，并且需要耗時(shí)耗力的LED編碼。

2 線性穩(wěn)壓器

線性穩(wěn)壓器易于設(shè)計(jì)，能夠提供有效的穩(wěn)流及過(guò)流保護(hù)，并且提供外部電流設(shè)定點(diǎn)，是一種“中等的”HB-LED系統(tǒng)穩(wěn)流方案。然而，在當(dāng)今這個(gè)節(jié)能意