LED照明驅(qū)動選擇與設(shè)計(jì)技巧揭秘
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led 的排列方式及LED光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動器要求。LED 驅(qū)動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。
值得一提的是，在LED 照明設(shè)計(jì)中，AC-DC 電源轉(zhuǎn)換與恒流驅(qū)動這兩部分電路可以采用不同配置：
（1）整體式（integral）配置，即兩者融合在一起，均位于照明燈具內(nèi)，這種配置的優(yōu)勢包括優(yōu)化能效及簡化安裝等；
?。?）分布式（distributed）配置，即兩者單獨(dú)存在，這種配置簡化安全考慮，并增加靈活性。
二、如何選擇LED驅(qū)動方式
如今在市場上典型的LED驅(qū)動器包括兩類，即線性驅(qū)動器和開關(guān)驅(qū)動器；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。
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4。
電阻型驅(qū)動方式中，調(diào)整與LED 串聯(lián)的電流檢測電阻即可控制LED 的正向電流，這種驅(qū)動方式易于設(shè)計(jì)、成本低，且沒有電磁兼容（EMC）問題，劣勢是依賴于電壓、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)（fold back），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。
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，不足則是成本相對較高，復(fù)雜度也更高，且存在電磁干擾（EMI）問題。LED DC-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 串最大電壓時采用降壓結(jié)構(gòu)，如采用24 Vdc 驅(qū)動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采用升壓結(jié)構(gòu)，如采用12 Vdc 驅(qū)動 6 顆串聯(lián)的LED；而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時可以采用降壓-升壓或SEPIC 結(jié)構(gòu)，如采用12 Vdc 或12 Vac 驅(qū)動 4 顆串聯(lián)的LED,但這種結(jié)構(gòu)的成本及能效最不理想。
三、LED驅(qū)動器標(biāo)準(zhǔn)
LED 驅(qū)動器本身也在不斷演進(jìn)， 著重于進(jìn)一步提高能效、 增加功能及功率密度。 美國“能源之星”的固態(tài)照明規(guī)范提出的是照明器具級的能效限制，涉及包括功率因數(shù)在內(nèi)的特定產(chǎn)品要求。而歐盟的IEC 61347-2-13 （5/2006）標(biāo)準(zhǔn)針對采用直流或交流供電的LED模塊的要求包括：
最大安全特低電壓（SELV）工作輸出電壓≤25 Vrms （35.3 Vdc）
不同故障條件下“恰當(dāng)”/安全的工作
故障時不冒煙或易燃
此外，ANSI C82.xxx LED 驅(qū)動器規(guī)范仍在制定之中。而在安全性方面，需要遵從UL、CSA 等標(biāo)準(zhǔn)，如UL1310 （Class 2）、UL 60950、UL1012.此外，LED 照明設(shè)計(jì)還涉及到產(chǎn)品壽命周期及可靠性問題。
四、LED驅(qū)動設(shè)計(jì)5大技巧要領(lǐng)
1、芯片發(fā)熱
這主要針對內(nèi)置電源調(diào)制器的高壓驅(qū)動芯片。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)然會引起芯片的發(fā)熱。驅(qū)動芯片的最大電流來自于驅(qū)動功率mos管的消耗，簡單的計(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)場合特別是LED市電驅(qū)動應(yīng)用，開關(guān)損害要遠(yuǎn)大于導(dǎo)通損耗。開關(guān)損耗與功率管的cgd和cgs以及芯片的驅(qū)動能力和工作頻率有關(guān)，所以要解決功率管的發(fā)熱可以從以下幾個方面解決：
A、不能片面根據(jù)導(dǎo)通電阻大小來選擇MOS功率管，因?yàn)閮?nèi)阻越小，cgs和cgd電容越大。如1N60的cgs為250pF左右，2N60的cgs為350pF左右，5N60的cgs為1200pF左右，差別太大了，選擇功率管時，夠用就可以了。
B、剩下的就是頻率和芯片驅(qū)動能力了，這里只談頻率的影響。頻率與導(dǎo)通損耗也成正比，所以功率管發(fā)熱時，首先要想想是不是頻率選擇的有點(diǎn)高。想辦法降低頻率吧！不過要注意，當(dāng)頻率降低時，為了得到相同的負(fù)載能力，峰值電流必然要變大或者電感也變大，這都有可能導(dǎo)致電感進(jìn)入飽和區(qū)域。如果電感飽和電流夠大，可以考慮將CCM（連續(xù)電流模式）改變成DCM（非連續(xù)電流模式），這樣就需要增加一個負(fù)載電容了。
3、工作頻率降頻
這個也是用戶在調(diào)試過程中比較常見的現(xiàn)象，降頻主要由兩個方面導(dǎo)致。輸入電壓和負(fù)載電壓的比例小、系統(tǒng)干擾大。對于前者，注意不要將負(fù)載電壓設(shè)置的太高，雖然負(fù)載電壓高，效率會高點(diǎn)。
對于后者，可以嘗試以下幾個方面：
a、將最小電流設(shè)置的再小點(diǎn)；
b、布線干凈點(diǎn)，特別是sense這個關(guān)鍵路徑；
c、將電感選擇的小點(diǎn)或者選用閉合磁路的電感；
d、加RC低通濾波吧，這個影響有點(diǎn)不好，C的一致性不好，偏差有點(diǎn)大，不過對于照明來說應(yīng)該夠了。無論如何降頻沒有好處，只有壞處，所以一定要解決。
4、電感或者變壓器的選擇
很多用戶反應(yīng)，相同的驅(qū)動電路，用a生產(chǎn)的電感沒有問題，用b生產(chǎn)的電感電流就變小了。遇到這種情況，要看看電感電流波形。有的工程師沒有注意到這個現(xiàn)象，直接調(diào)節(jié)sense電阻或者工作頻率達(dá)到需要的電流，這樣做可能會嚴(yán)重影響LED的使用壽命。所以說，在設(shè)計(jì)前，合理的計(jì)算是必須的，如果理論計(jì)算的參數(shù)和調(diào)試參數(shù)差的有點(diǎn)遠(yuǎn)，要考慮是否降頻和變壓器是否飽和。變壓器飽和時，L會變小，導(dǎo)致傳輸delay引起的峰值電流增量急劇上升，那么LED的峰值電流也跟著增加。在平均電流不變的前提下，只能看著光衰了。
5、LED電流大小
我們都知道LED ripple過大的話，LED壽命會受到影響。對于LED ripple過高影響有多大，一些LED廠表示30%以內(nèi)都可以接受，不過后來沒有經(jīng)過驗(yàn)證。建議還是盡量控制小點(diǎn)。如果散熱解決的不好的話，LED一定要降額使用。也希望有專家能給個具體指標(biāo)，要不然影響LED 的推廣。
針對本文，相信你會覺得 LED驅(qū)動設(shè)計(jì)并不難，一定要做到心中有數(shù)，只要做到調(diào)試前計(jì)算，調(diào)試時測量，調(diào)試后老化，相信我們都可以輕松搞LED了。
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