大功率LED高頻驅動(dòng)電路設計方案

　　實(shí)驗表明大功率LED 在高頻驅動(dòng)下發(fā)光亮度與持續恒流驅動(dòng)相比變化不大， 但發(fā)熱量卻有明顯的下降。LED 在一個(gè)脈沖周期內只有高電平時(shí)才導通發(fā)光產(chǎn)生， 而在低電平時(shí)LED 熄滅， 此時(shí)LED 熱量迅速輻射出去。頻率越高單位時(shí)間內LED與空氣熱交換次數越多， LED芯片溫度越低。為了散熱大功率LED芯片大多數是貼裝在鋁基板上的， 鋁基板與空氣之間主要是通過(guò)對流的方式進(jìn)行熱傳遞的。LED 持續點(diǎn)亮時(shí)， LED芯片溫度變化緩慢， 鋁基板附近一個(gè)區域內有一個(gè)溫度梯度， 形成層流區域。LED 在高頻驅動(dòng)下芯片溫度會(huì )不斷地變化， 溫度梯度被打破， 鋁基板附近就形成了湍流區域。由熱力學(xué)知識可知湍流的對流換熱系數遠遠大于層流的對流換熱系數， 那么在單位時(shí)間內鋁基板向湍流區域發(fā)散的熱量就要遠遠大于層流區域。由此可知LED 在高頻驅動(dòng)下發(fā)熱量比持續導通時(shí)低。這樣采用高頻驅動(dòng)方式LED 可以有效地降低芯片的溫度， 從而減小LED 光衰， 延長(cháng)LED 使用壽命， 另外也有助于簡(jiǎn)化LED 燈具的散熱設計。由于受到LED 和驅動(dòng)器件的響應時(shí)間的限制，以及高頻本身會(huì )引起器件發(fā)熱， 采用基于恒流二極管高頻驅動(dòng)源的頻率應小于2MH z。

　　LED 調光主要有模擬調光和PWM 調制調光兩種方式。由于LED 在低電流時(shí)會(huì )產(chǎn)生色衰， 因此模擬調光一般不常用。PWM 調制通過(guò)改變脈沖占空比來(lái)實(shí)現， 調節二極管D1負極輸入高頻脈沖的占空比， 即可實(shí)現LED調光。

圖5 基于恒流二極管的5W 白光LED高頻驅動(dòng)電路

　　圖5為基于恒流二極管的5W 白光LED高頻驅動(dòng)電路。高頻自激式開(kāi)關(guān)電路將交流市電轉換為20V 直流電， 經(jīng)恒流二極管2THL300后輸出電流恒定為300mA。在開(kāi)關(guān)電路中高頻變壓器磁芯為EE 16, 原邊N 1繞制12圈， N2 繞制210圈， 副邊繞制40圈。

　　D5 為6. 2 V 穩壓二極管， 用以穩定輸出電壓， Q 1為功率型開(kāi)關(guān)管M JE13003, D16 為鍺管。由NE555 構成頻率為200 kH z占空比1 /6 ~ 5 /6 可調的高頻脈沖發(fā)生電路， 用來(lái)控制恒流二極管通斷。5顆1W 白光LED串聯(lián)， 每顆LED電流相同， 發(fā)光亮度一致。調節可調電阻R 9實(shí)現PWM調光。

　　4 小結

　　筆者介紹的高頻LED 驅動(dòng)電路使用恒流二極管實(shí)現了LED的高效恒流驅動(dòng)。由于恒流二極管的工作電壓范圍比較寬， 在輸入直流電壓大范圍波動(dòng)時(shí)，驅動(dòng)電路仍然能夠保證恒定電流輸出， 且不會(huì )因負載短路而燒毀。通過(guò)調節高頻脈沖信號的占空比很容易實(shí)現調光， 并且不會(huì )出現LED色度偏移現象。采用高頻方式驅動(dòng)減小LED 的發(fā)熱量， 從而簡(jiǎn)化了LED燈具的散熱設計。另外采用高頻恒流驅動(dòng)方式相比持續恒流驅動(dòng)可以節省40%左右的電能， 達到了高效節能的目的。

　　主要創(chuàng )新點(diǎn)是通過(guò)在驅動(dòng)回路中串入大電流恒流二極管， 實(shí)現驅動(dòng)源恒電流輸出。高頻脈沖信號控制恒流二極管通斷， 瞬態(tài)驅動(dòng)大功率LED, 有效地降低了LED芯片發(fā)熱， 節能40% 左右。