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LED驱动器

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  方今发光二极管驱动芯片按类型可分为:恒压式驱动芯片、恒流式驱动芯片以及脉冲式驱动芯片。此中恒压式驱动芯片往常即是全班人常见的DC/DC升压芯片居多。这种策画的利益是芯片成本公道没有复杂的外围电途。但只能恒定电压驱动LED就会酿成驱动输出时电谈电流的不可控••。无法包管LED亮度的一致性。

  恒流式驱动芯片则统治了之前恒压式驱动的电流不可控题目。目前比较好的恒流芯片也许做到1%尊驾的恒流精度,而且有简便的外围负担接口可灵动创设所需输出的电流大小于是倍受款待。不过这类芯片价值比恒压芯片代价高许多且外围电路搀杂。同时原由恒定输出电流于是完全芯片的在电池举动供电的时间放电会比拟速。

  目前脉冲式驱动芯片于是高频率的脉冲形成器输出接口向LED灯供电•。因为是脉冲暗记频率很高因而人眼基础无法以为出LED的频闪,所以这个体例即符闭了视觉需要又在一方面有效节省了电能输出。而且这楷模芯片的事迹频率凡是可由外部接口控制。然而当前该规范芯片轰动频率寻常在100KHz~500KHz范围•。所以此刻的驱动技术仅仅适应小功率行使•。但是确信在不久的来日会升高到大功率LED驱动的场合•。

  LED驱动器(LED Driver),是指驱动LED发光或LED模块组件寻常奇迹的电源调整电子器件。由于LEDPN结的导通脾气决定,它能适应的电源的电压和电流转移规模过度窄小,稍许偏离就惧怕无法点亮LED畏惧发光服从厉浸降低,可能收缩行使寿命以致毁灭芯片。现行的工频电源虹盼整和常见的电池电源均不适应直接提供组主润LED,LED驱动器便是这种也许驱使LED在最佳电压或电流情状下事业的电子组件•。

  由于LED使用险些普通电子学利用的各个领域,其发光强度,光色以及通断负担等转嫁险些是无法预估的,于是LED驱动器也就成为险些是一对一的伺服器件•,使这个器件宅眷成员变得变幻莫测。最容易的LED驱动器(假如能如此称号它的话)可能即是一个或几个串并联的阻容元件在回路中分流分压,它根柢不可其为一个孤独的产品。而看待吁请供应褂讪的恒流恒压输出的更遍及的交易应用,则酿成了一系列有详细的电源治疗身手的方式处置安顿。竣工这些管制企图,一般供应比较羼杂的电叙设计,影员店辣其中心是LED驱动IC的集成化利用•。经过在LED驱动IC外围创设分别的周济电路,构修针对差异的LED操纵办理规划,小得手机表示屏背光和按键灯光驱动,大到大功率LED途灯和大型户外LED显现屏等。

  比较通用的大功率LED驱动器打算和供应,平时都由专业公司担任•。这些公司将其二次封装成模块后供应给LED末端行使产品设立商。而不太通用的LED末了利用产品的驱动计划,惧怕供应本身开端策画。它成为这个LED末梢使用产品独具技能含量的紧张组成部分。情由动作封装产品的LED在上游,其才能职能一经固化在LED产品中,而打造独具特征的末端LED行使产品,对光源而言除了在LED驱动效劳凹凸工夫之处,其余还可能打拼的所在仍旧未几了。

  由于LED驱动器在LED运用产品上的独到紧要性和日常的用户必要,使得作为LED驱动器的心脏部件的LED驱动IC成了一共技术步伐中的重要元素。驱使很多坐蓐商,此中不乏上市公司,以LED驱动举动其主营产品,向下流物业巨额需要LED驱动IC,如杭州士兰微、深圳泉芯电子、深圳光泽源科技•、深圳国微电子华润矽威科技,台湾地区的点晶科技、聚集科技、广鹏科技、台晶科技、飞虹、茂达、圆创等等。在这周围的具有行业魁首风貌的美国厂商也不少,如美国国家半导体公司美信德州仪器、安森美、凌特公司、飞兆半导体等等。

  LED驱动电源是把电源供应转动为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转移器,平素境况下•:LED驱动电源的输入席卷高压工频相易(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频调换(如电子变压器的输出)等。而LED驱动电源的输出则大无数为可随LED正向压降值转动而蜕化电压的恒定电流源。

  遵守电网的用电原则和LED驱动电源的个性央浼,在挑选和策画LED驱动电源时要计划到以下几点:1.高确凿性 特殊像LED讲灯的驱动电源,装在高空,维筑不利便,维修的破费也大。2.高出力 LED是节能产品,驱动电源的效率要高。看待电源安装,LED驱动电源在灯具内的构造,尤为急急•。叙理LED的发光效能随着LED温度的进步而消浸,因此LED的散热奇特紧要。电源的着力高,它的丧失功率小,在灯具内发热量就小,也就低浸了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。3.高功率地位 功率职位是电网对负载的乞请。平居70瓦以下的用电器,没有抑制性指标。当然功率不大的单个用电器功率职位低一点对电网的陶染不大,但夜晚他点享婆灯•,同类负载太集合,会对电网爆发较严沉的混杂。对付30瓦~40瓦的LED驱动电源,据叙不久的将来,畏惧会对功率位置方面有必要的指标要求。4.驱动格局 大作辩汗夜肯的有两种:其一是一个恒压源供多个恒流源,每个恒流源孤单给每途LED供电。这种方式,召集机敏•,一同LED曲折,不教诲其你LED的奇迹,但成鸦阿牛本会略高一点。另一种是直接恒流供电,LED串联或并联运行。它的甜头是本钱低一点,但机灵性差,还要管制某个LED阻碍,不教育其全班人LED运行的题目。这两种式样,在一段功夫内并存•。多讲恒流输出供电格局,在本钱和职能方面会较好。惟恐是从此的主流方针。5.浪涌庇护 LED抗浪涌的身手是比拟差的,怪异是抗反向电压技能。牢固这方面的防守也很告急。有些LED灯装在户外,如LED途灯。由于电网负载的启甩和雷击的以为,从电网格局会侵入各式浪涌,有些浪涌会导致LED的捣乱。因此LED驱动电源要有欺负浪涌的侵入,护卫LED不被作怪的技巧。6.卫戍功效 电源除了常例的警备效劳外,最幸而恒流输出中填充LED温度负反馈,小心LED温度过高。7.着重方面 灯具外安装型,电源组织要防水、防潮,外壳要耐晒。8.驱汽故键动电源的寿命要与LED的寿命相适配。9.要符闭安规和电磁兼容的苦求。随着LED的利用日益寻常,LED驱动电源的性能将越来越适合LED的乞求。

  (1)恒流式:a、恒流驱动电道输出的电流是恒定的,而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在必需范畴内改变,负载阻值小,输出电压就低,负载阻值越大,输出电压也就越高;b、恒流电叙不怕负载短路,但严禁负载全体开路••。c、恒流驱动电讲驱动LED是较为理想的,但相对而言价值较高。d、应器浸所操纵最大蒙受电流及电压值,它限定了LED的行使数量;(2)稳压式:a、当稳压电途中的各项参数必定以来,输出的电压是固定的,而输出的电流却随着负载的增减而转折••;b•、稳压电讲不怕负载开道,但厉禁负载整个短途。c、以稳压驱动电途驱动LED,每串供应加上适宜的电阻方可使每串LED映现亮度平均;d、亮度会受整流而来的电压蜕变影响。

  (1)电阻、电容降压形式:经验电容降压,在闪耀行使时,由于充放电的教化,始末LED的刹那电流极大,便利摧残芯片。易受电网电压颤抖的熏陶,电源出力低、真正性低。(2)电阻降压形式:履历电阻降压,受电网电压转变的搅扰较大•,不简单做成稳压电源,降压电阻要亏损很大一面的能量,因而这种很低,并且格局的可靠也较低。(3)常例变压器降压体例:电源体积小、重量偏浸、电源功用也很低、平淡惟有45%~60%,所以平居很少用,确切性不高。(4)电子变压器降压式样:电源效力较低,电压界限也不宽,凡是180~240V,波纹骚扰大。(5)RCC降压形式开关电源:稳压范畴比拟宽、电源效力比拟高,平淡能够做到70%~80%,运用也较广。由于这种担当格局的振荡频率是不衔接,开关频率不简单负担,负载电压波纹系数也对比大,反常负载适关性差。(6)PWM担当格式开合电源:首要由四局限组成,输入整流滤波部门、输出整流滤波个别、PWM稳压掌管局部、开关能量变更一面。PWM开关稳压的根柢行状意义即是在输入电压、内部参数及外接负载转变的情景下,卖力电路资历被刻意标志与基准信号的差值实行关环反馈,治疗主电途开合器件导通的脉冲宽度,使得开合电源的输出电压或电流稳固(即响应稳压电源恒流电源)•。电源功用极高,通俗可以做到80%~90%,输出电压、电流褂讪。大凡这种电路都有完美的保卫办法,属高的确性电源。

  驱动电源按安装处所可分为外置电源和内置电源。(1)外置电源顾名想义,外置电源即是把电源安装在外貌的。平淡电压对照高,对人有升平危机的,就供应外置电源。与内置电源的阔别便是电源加了一个外壳,常见的有路灯。(2)内置电源即是把电源安设在灯具内,寻常都是电压对比低,12v到24v,对人没什么宁靖隐患。这个常见的有球泡灯•。

  从大功率LED要紧使用商场----景观灯,来领会大功率LED市集,景观照明市集作为LED照明的最大操纵墟市,所占的份额大概在43%•。它的新一轮快速延长必将策动全体LED照明资产的速速生长。上海、厦门、北京、大连、南昌等一些大中型 都市的景观照明依然颇具规模,完成了特别片面的 LED照明示范工程,这些在大中都会示范工程的顺利告竣加上在奥运场馆的顺手应用,预示着LED 照明在景观照明方面的技能已渐趋成熟。无论是国内可能外洋,都邑的景观都是一个城市的标记性修筑产物,而作为景观照明的霓虹灯正在宇宙各地因能源,节能,环保等问题逐步被LED景观灯所取代,寰宇各地大抵有70多万个城市,以一个都市5000盏筹划,一盏灯1000元大驾谋划,光这些所爆发的伟大经济成绩是弗成预估的。

  驱动器是LED照明的中央部件,随着LED芯片技艺的成熟•,LED光源的质量仍然迥殊确切,很多情景下LED灯具的阻滞都是来自驱动器。大功率LED 驱动电源属于新兴产业,尚未造成会合的家产积聚,因此,区域性不明确。且加入行业的企业数量并未几,于是•,竞争剧烈水平较低。

  LED驱动电源生存亏折的缘故:(1) 坐褥LED照明及相干产品的公司的才干人员对开关电源的知说亏折•,做出的电源是可以平常职业,但极少关键性的评估及电磁兼容的研究不足••,如故有一定得隐患;(2) 大一面LED电源生产企业都是从闲居的开关电源转型过来做LED电源,对LED的特质及应用阐明还缺乏;(3) 对付LED的圭表简直没有,大个人都是参考开关电源和电子整流器的法度;(4) 大个人LED电源没有合营,所以量大部门都比照小•。采购量小,代价就偏高,而且元器件需要商也不太关营;(5) LED电源的稳固性:宽电压输入,高懈弛低温职业•,过温、过压捍卫等标题都没有一一治理•;下手是驱动电途全体寿命•,更加是重要器件如:电容在高温下的寿命直接影响到电源的寿命;其次是LED驱动器应挑衅更高的改造功用••,越发是在驱动大功率LED时更是如斯,缘由悉数未举动光输出的功率都行动热量耗散,电源转变出力的过低,感导了LED节能效果的阐扬;在功率较小(1-5W)的运用场关,恒流驱动电源资本所占的比浸已经密切1/3,依然热情了光源的本钱,必定程度上陶染了市场执行。

  3•、合EU CoC/CEC 2008/能源之星2.0要求,带载模式服从高(可达86%,苦求为79.6%);在265 VAC输文雅的空载输入功率 250 mW•,请求为300 mW

  图所示为一个类型的20 V、14 W恒压(CV)、恒流(CV)输出的电源电途。LED阵列的光输出量与所流经的电流量成正比。因此,LED驱动器应具有恒流输出,而不是恒压输出。在本安排中,DC输出未与AC输入分隔,所以LED阵列和外壳应与用户安然地隔离开来。

  AC输入由BR1、C1和C2举行整流和滤波。电感L1与C1和C2一起构成一个π形滤波器,并供应EMI滤波。保证丝F1在产生严重滞碍时需要守卫。为使电源在空载下正常职业而不受损坏,使用齐纳二极管VR2进行恒压调动并使电压连续在约21 V。

  经历检测电流检测电阻R7上的压降来竣工恒流性子。并联稳压器ICU3与R9、R8和R8A一起来在运算增加器U2的反向输入端天资0.07 V的周密电压参考。到达设定电流时,R7上的电压将非常参考电压,云云会使运算扩张器的输出增大。此时会正向偏置D4,驱动Q1的基极••,进而将电流从U1的EN/UV引脚拉出。电容C7和电阻R11需要环路抵偿。行使运算推广器的限流格局使电流采样电压最小化,从而低落了损失,使功效最高。

  只须EN/UV引脚拉出的电流超过115 μA,U1中的MOSFET都邑以逐周期的形式被阻难(开/合掌管)。经过安排使能与阻碍开关周期的比例,反馈环途能够调理输出电压或电流。开/关担任格局同时优化了差别负载景况下的更改器功效,使之符合能效模范。

  由于环境温度高,U1将在降低的电流限流点模式下进行奇迹。如许可能进步电源的整个着力并修改其散热本能。初级箝位(D1、VR1、C3及R3)将最大峰值漏极电压担当在内部

  的700 V BVDSS击穿电压之下•。电阻R23减小高频漏感振荡,从而低浸EMI。次级侧的输出经验二极管D2••、D3和C6实行整流和滤波。

  4、U1可选电流限流点应许对电流限流点和器件大小举行优化挑选,以适合情景温度。好比,为了低沉耗散,或许经历将C3从1μF改观为0.1 μF来在宛若安排中利用TNY280GN器件。也许,在散热本能较高的环境中,不妨始末将C3从1μF改变为10μF来行使TNY278GN器件。

  电压介于6 V至20 V之间时均可正确职业。但由于输出电流恒定稳定,灯串电压越低,输出功率就越低。

  当然在输出电压恐怕高于也畏惧低于输入电压时,峰值电流模式负担的非衔接升降压转换器是LED驱动器的一个不错遴选•。然而,采纳这种升降压变更器来打算驱 动器时,LED电压的转化会改造LED电流,LED开叙将导致输出端发作过高的电压,从而败坏变动器•。本文将周详讨论这种用于LED的更改器安排,并给出多种克制其固有过错的次序。

  发光二极管(LED)的使用已有许多年,随着最新本事的进取,它们正慢慢成为照明市集中强有力的竞争者。新的高亮度LED具有很长的寿命(约10万小时)和很高的出力(约30流明/瓦)。过去三十多年来,LED的光输出亮度每l8~24个月便会翻一番,况且这种伸长势头还会延续下去,这种趋势称为Haitz定律,极度于LED的摩尔定律。

  从电气上来叙,LED与二极管好似,它们也是单启发电(纵然它们的反向阻断才干并不太好,高的反向电压很利便毁坏(LED),并具有与常规二极管相似的低消息阻抗V-I性质。其它,LED通俗都有宁靖导通时的额定电流(高亮度LED的额定电流一般为350mA或700mA)。体验额定电流时,LED正向压降的差异或许对照大,平淡350mA白光LED的压降在3~4V之间••。

  驱动LED供给受控的DC电流。为了使LED的应用寿命长些,LED电流中的纹波必须很低,出处高纹波电流会使LED发作较大的阻性功耗,消浸LED操纵寿命。LED驱动电路提供更高效能,来由总体功用不光取决于LED自身,也与驱动电路有合•。而奇迹于电流卖力模式的开关蜕化器是知足LED使用 的高功率及高服从哀告的理想驱动安放。

  驱动多个LED也需要仔细琢磨。图1是LED的串并联连接电路••。此中图1(a)为LED的并联联结电途。图1(h)是LED的串联连接电路。由于各个LED的消息阻抗和正向压降不彷佛,因而,要是没有外部均流电路(如电流镜像),就不恐怕担保流过LED上的电流相同•;别的,由于一个LED 体现障碍将使LED串断开•,从而致使统统LED电流在剩下的LED串之间分拨,这将导致LED串上的电流增大•,从而生怕妨害LED。所以,出于上面两个来历,计划时日常不必如图1(a)那样的并联LED电谈。

  于是,更好的做法是将LED串联起来。但该程序的纰谬是,假若一个LED 透露阻碍,则全体LED串将遏制事迹•。让剩下的LED串不断事迹的一个利便举措是将一个齐纳二极管(其额定电压大于LED的最高电压)与每个(或每组) LED并联,如图1(b)所示。如许,任何一个LED发生曲折后,其电流城市流到反应的齐纳二极管上,LED串的此外部门仍可正常事迹•。

  根柢的单阶开关改造器可分为三类:降压调动器•、升压更改器和升降压更动器•。当LED串的电压低于输入电压时,降压转动器图2(a)是理想的选 择•;当输入电压总是低于串输出电压时•,则操纵升压改革器对比适当图2(b);当输出电压畏惧高于也恐惧低于输入电压时(由输出或输入转变引起),则选用升降压改观器图2(c)对比顺应。升压更改器的过错是,输入电压的任何瞬变(可使输入电压升高并卓绝输出电压)都市导致LED高贵过很大电流(由于负载的低动态阻抗),从而捣鬼LED•。升降压调动器也可代替升压改观器••,来源输入电压的瞬变不会教养LED电流。

  看待低电压使用中的LED驱动器,升降压改动器是一种不错的抉择。其根源有它们可用高于和低于输入电压的电压来驱动LED串(升压和降压)、功用很高(很简单达到85%以上)、非维系行状模式可抑遏输入电压的变动(需要精巧的线电压医治)、峰值电流有劲模式应许改革器调度LED电流,而无需羼杂的赔偿(简化设计)、很轻易达成线性和PWM LED亮度医治、开关晶体管失效不会危害LED等等。图2给出了降压、升压和升降压转移器与LED串的保持电讲。

  然则,这种措施仍有谬误:一是峰值电流受控标题•,情由接纳非联贯电流模式的升降压变更器是一种功率恒定的改造器。于是•,LED串电压的任何更改都市引起LED电流的响应调动;另一个标题是LED开路景况会在电道中发作伤害更动器的高电压;另外•,还提供额外的电路将恒定功率调动器改观为恒定电流改造器,并供应在无负载情况下庇护转变器。

  图3所示为实在的升降压改动器运用电途,该担任器内置了用于设定开合频率的振荡器。在开闭周 期之初,Q1导通。由于输入电压VIN加在电感上,电感电流(iL(t))开头从零(初始稳定情状)迎面上升。当觉得电流上升至预先设定的电流值 (ipk)时,Q1紧关。开关导通时刻(ton)由下式断定:

  云云,尽管此时开关会紧闭,但流经电感的电流并不会勾留。这会使二极管D1导通,并在电感两端出现输出电压(-Vo),这个负电压会导致电感电流赶紧低落。资历必定时刻tOFF后,电感电流趋于零。此时候可经历下列公式来策动:

  为使改观器职业在非连合导通模式下,开关导通功夫与电感电流下降工夫的总和必须小于或等于开合周期TS,以便包管鄙人一个开合周期时,电感电流能够从零开头。

  终于上,在输入电压最小和输出电压最大的境况下,(tON+tOFF)可取得最大值。因此•,保障在这些电压下蜕变器奇迹于非纠合导通模式可包管在任何情况下都能满足下式所列的条目: tON+tOFF≤Ts

  在峰值电流有劲模式下,ipk日常是一个固定值。因而,LED电流一共独立(理论上)于输入电压。在固定的ipk下,输入电压的高涨(低浸)会引起晶体管的导通期间成反比例裁减(补充),这将提供很好的线电压调整。在实践应用中,从承当IC检测到电流峰值到GATE引脚实际合断之间的徘徊会引起 输入功率蜕化。导通时期较短会由于耽搁时刻而流露更多差错,说理迟延工夫将会占导通时候异常大的局部。

  实际上,LED电流与LED串的电压成反比。一个标称输出为20 V和350 mA的电途,将在10V输出电压时产生700 mA的电流•,这光显不是等候的究竟。然而,经过使开闭频率与输出电压成正比•,上述公式供给了一种将恒定功率更改器转移为恒定电压变动器的步伐。

  回扫变更器的另一个障碍是它易受输出开路情景的浸染。当LED开叙时,留存在电感内的能量在每次开合导通光阴的结束城市被移动到输出电容里。如此,缺少电容放电的负载将导致电容两端的电压慢慢飞腾,末了卓绝器件的标称值并损害功率级。所以,可通过增添迥殊电路来需要输出电压反馈及过压警备。

  图4是一个可实现过压守护和LED开路守护的独特电讲。实质上,许多峰值电流模式负责器IC都具有专用的RT引脚。与该引脚相连的电阻可用来设 置里面电流,其内里电流用来给振荡器电容(可以是内中或外部)充电。振荡器电容上的斜坡电压控制开关频率,云云,开合频率与RT引脚的输出电流成正比•。电阻越小(大),电流就越大(小),开合频率也就越高(低)。基于这一旨趣,可愚弄输出电压反馈来安排开合频率。

  在图4所示电途中,电阻R3和R4构成一个分压器•。R4上的电压减去晶体管Q2基极发射极之间的压降(Vbe)就是R5上的电压•。所以•,流经R5的电流(IR5)为:

  图4中的电阻R2用于启动转折器。在启动状态下,输出电压为零,所以IR5也为零。由于没有来自负担器RT引脚的电流,因而转换器无法启动。补充电阻R2可以在启动情状下得到一小一面电流,并使R2的大小知足:

  个中V(RT)是职掌器RT引脚上的电压•。满足该条件可确保转变器的启动,并将R2带来的偏差降至最低•。如选R3=R4,则有:

  如斯,LED电流将不再定夺于输入或输出电压。采纳电阻R6、晶体管Q3和齐纳二极管D2可加添过压防卫听从。在LED开道景遇下,当开关导通时,电感保全能量,当开合封关时,该能量转移到输出电容上。来由没有满盈的负载供电容放电,输出电压在每个周期都会逐渐降低。当电压降低到出色齐纳二极管导通电压时,由D2和R6组成的齐纳二极管分支电说迎面导通••。这也需要了一条资历Q3基极电流的叙路,使Q3导通•。此时,电阻R4现实上被短途。所以,Q2的PN结将紧闭,导致R5上的电流为零•。这将阻滞卖力器的里面振荡直到输出电压降到齐纳二极管电压以下,以上过程一直举办•。这种猝发模式可将LED开路境况下的匀称功率降至最小。这种过压警戒举措将强迫负担IC投入低频、低功率的职业模式•。

  齐纳二极管电阻分支电路上的电流必需能在R6上形成足够大的电压,以便为晶体管基极-发射极之间的PN结需要偏置。

  在带有输出电流反馈的开关LED驱动器中,凡是还需要反馈抵偿来褂讪调动器,并调理电流以达到盼望的电流值。这些反馈计划的瞬态响应本能是有限的,无法满足LED的PWM亮度安排所供给的速速开/合瞬态响应。可是,本文所容貌的改变器并不要求任何反馈补偿。该卖力筹划所用的唯一反馈音讯是始末传感电阻获得流经MOSFET的峰值电流。起因变更器在每个周期都存储所需的能量,因而它能够对瞬态做出即时反映••。于是它能够很容易地与PWM亮度调动铺排 一块行状。

  升降压转移器是低直流电压输入LED驱动器的有效料理谋划,岂论输出电压高于依然低于输入电压,它都可能驱动LED串。别的,还可在更动器中增 加小型而省钱的特殊电路以顺服负载调剂和无负载状态下的问题。该变动器易于实行,且在峰值电流模式负担时无需举行反馈赔偿没计。它所具有的开环特性也使之成为那些提供PWM亮度调度的应用中的理念选取。

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