全揭秘LED照明設(shè)計(jì)之驅(qū)動(dòng)的選擇與設(shè)計(jì)技巧

LED的排列方式及LED光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動(dòng)器要求。LED驅(qū)動(dòng)器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED的電流，而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅(qū)動(dòng)器基本的工作電路示意圖如圖1所示，其中所謂的“隔離”表示交流線路電壓與LED(即輸入與輸出)之間沒有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來電氣隔離，而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來電氣隔離。

如何選擇LED驅(qū)動(dòng)方式

如今在市場(chǎng)上典型的LED驅(qū)動(dòng)器包括兩類，即線性驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)驅(qū)動(dòng)器;大概的適用范圍見圖2.如電流大于500mA的大電流應(yīng)用采用開關(guān)穩(wěn)壓器，因?yàn)榫€性驅(qū)動(dòng)器限于自身結(jié)構(gòu)原因，無法提供這樣大的電流;而在電流低于200mA的低電流應(yīng)用中，通常采用線性穩(wěn)壓器或分離穩(wěn)壓器;而在200至500mA的中等電流應(yīng)用中，既可以采用線性穩(wěn)壓器，也可以采用開關(guān)穩(wěn)壓器。

開關(guān)穩(wěn)壓器的能效高，且提供極佳的亮度控制。線性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)，提供穩(wěn)流及過流保護(hù)，且沒有電磁兼容性(EMC)問題。

在低電流LED應(yīng)用中，電阻型驅(qū)動(dòng)器盡管成本較低且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但這種驅(qū)動(dòng)器在低電壓條件下，正向電流較低，會(huì)導(dǎo)致LED亮度不足，且在負(fù)載突降等瞬態(tài)條件下，LED可能受損;并且電阻是耗能元件，整個(gè)方案的能效較低，見圖2。

例如在采用DC-DC電源的LED照明應(yīng)用中，可以采用的LED驅(qū)動(dòng)方式有電阻型、線性穩(wěn)壓器及開關(guān)穩(wěn)壓器等，基本的應(yīng)用示意圖見圖3。

電阻型驅(qū)動(dòng)方式中，調(diào)整與LED串聯(lián)的電流檢測(cè)電阻即可控制LED的正向電流，這種驅(qū)動(dòng)方式易于設(shè)計(jì)、成本低，且沒有電磁兼容(EMC)問題，劣勢(shì)是依賴于電壓、需要篩選(binning)LED，且能效較低。

線性穩(wěn)壓器同樣易于設(shè)計(jì)且沒有EMC問題，還支持電流穩(wěn)流及過流保護(hù)(foldback)，且提供外部電流設(shè)定點(diǎn)，不足在于功率耗散問題，及輸入電壓要始終高于正向電壓，且能效不高。開關(guān)穩(wěn)壓器通過PWM控制模塊不斷控制開關(guān)(FET)的開和關(guān)，進(jìn)而控制電流的流動(dòng)。

開關(guān)穩(wěn)壓器具有更高的能效，與電壓無關(guān)，且能控制亮度，不足則是成本相對(duì)較高，復(fù)雜度也更高，且存在電磁干擾(EMI)問題。LEDDC-DC開關(guān)穩(wěn)壓器常見的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)等不同類型。

其中，所有工作條件下最低輸入電壓都大于LED串最大電壓時(shí)采用降壓結(jié)構(gòu)，如采用24Vdc驅(qū)動(dòng)6顆串聯(lián)的LED；與之相反，所有工作條件下最大輸入電壓都小于最低輸出電壓時(shí)采用升壓結(jié)構(gòu)，如采用12Vdc驅(qū)動(dòng)6顆串聯(lián)的LED；而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時(shí)可以采用降壓-升壓或SEPIC結(jié)構(gòu)，如采用12Vdc或12Vac驅(qū)動(dòng)4顆串聯(lián)的LED，但這種結(jié)構(gòu)的成本及能效最不理想。LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)5大技巧要領(lǐng)

1、芯片發(fā)熱

這主要針對(duì)內(nèi)置電源調(diào)制器的高壓驅(qū)動(dòng)芯片。假如芯片消耗的電流為2mA，300V的電壓加在芯片上面，芯片的功耗為0.6W，當(dāng)然會(huì)引起芯片的發(fā)熱。驅(qū)動(dòng)芯片的最大電流來自于驅(qū)動(dòng)功率mos管的消耗，簡(jiǎn)單的計(jì)算公式為I=cvf(考慮充電的電阻效益，實(shí)際I=2cvf，其中c為功率MOS管的cgs電容，v為功率管導(dǎo)通時(shí)的gate電壓，所以為了降低芯片的功耗，必須想辦法降低c、v和f.如果c、v和f不能改變，那么請(qǐng)想辦法將芯片的功耗分到芯片外的器件，注意不要引入額外的功耗。再簡(jiǎn)單一點(diǎn)，就是考慮更好的散熱吧。

2、功率管發(fā)熱

功率管的功耗分成兩部分，開關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。要注意，大多數(shù)場(chǎng)合特別是