模塊化結構的高性能大功率LED驅動(dòng)解決方案

5 采用降壓穩壓器的設計難題

當使用降壓穩壓器驅動(dòng)LED時(shí),最主要的設計難題是如何處理當輸入電壓最低時(shí)輸出電壓卻最高的情況。和許多開(kāi)關(guān)穩壓器相似，LM3402HV 無(wú)法無(wú)限地打開(kāi)它的內部功率N - MOSFET。在每個(gè)開(kāi)關(guān)周期中， 穩壓器必須關(guān)閉300 ns(最短關(guān)斷時(shí)間)，以便刷新自舉電容器，該電容器是驅動(dòng)內部功率FET的電路的一部分。最短關(guān)斷時(shí)間是固定的，由于300ns占據開(kāi)關(guān)周期的比例會(huì )越來(lái)越大，因此可以獲得的最大占空比會(huì )隨著(zhù)開(kāi)關(guān)頻率的提高而下降。以下這個(gè)示例，將基于40V的VO-MAX和45V的VIN-MIN， 計算可能的最高開(kāi)關(guān)頻率fSW-MAX。下面的等式可用來(lái)計算fSW-MAX。

LM3402HV 的典型開(kāi)關(guān)頻率范圍為50 kH z~ 1MHz，且采用500 kH z，通?？梢栽诠β试锢沓叽?如電感器，當開(kāi)關(guān)頻率越高時(shí)會(huì )越小)與功率效率(當開(kāi)關(guān)頻率越低時(shí)會(huì )越高)之間取得較好的平衡。

在本示例中， 無(wú)法使用500 kH z， 因此將使用370 kH z。

這將確保LED驅動(dòng)器的元件盡可能最小， 同時(shí)在輸入和輸出電壓條件最差期間仍能正常驅動(dòng)所有10個(gè)LED。

6 避免串并聯(lián)陷阱

許多工程師會(huì )考慮由一個(gè)電流源驅動(dòng)的串并聯(lián)陣列， 如圖5所示。對于本示例而言， 電路將成為以相同的30 V ~ 40 V 輸出電壓輸出3. 5 A 的單個(gè)電流源。

這個(gè)方案實(shí)際上并不實(shí)用。首先，即使如圖5中所示那樣交叉連接，不同LED 的VF之間存在自然差異,這意味著(zhù)來(lái)自驅動(dòng)器的3. 5 A 將永遠無(wú)法在不同LED 之間均勻分配。雖然可以非常嚴格地按照VF對LED進(jìn)行分類(lèi)，以此來(lái)改善電流不匹配，但這種改善只在LED 晶粒溫度為25 度(進(jìn)行分類(lèi)的溫度)時(shí)有效。一旦晶粒溫度上升，VF開(kāi)始下降。而且如同VF本身一樣，不同LED的電壓隨溫度變化的情況也不相同。在25度 時(shí)電流完美匹配的陣列在達到熱穩態(tài)時(shí)，將再次變得不平衡。更為糟糕的是， LED電流之間存在正反饋回路，正向電壓下降， 晶粒溫度會(huì )上升。

那些VF下降較多的LED會(huì )抽取更多電流，導致其晶粒更熱，從而導致VF進(jìn)一步下降。

路燈設計師不采用串并聯(lián)方法的第二個(gè)原因是LED發(fā)生故障時(shí)系統可靠性會(huì )變得很差。當LED 發(fā)生故障變?yōu)殚_(kāi)路時(shí)，圖6中所示的電流源將繼續輸出全部電流，會(huì )使增加的電流經(jīng)過(guò)其余路徑。LED 發(fā)生故障時(shí)也可能變?yōu)槎搪?，這會(huì )導致陣列的電壓大幅下降,造成不平衡。電流的任何不平衡會(huì )導致陣列中的其他LED過(guò)熱，短時(shí)間內會(huì )減少光輸出，長(cháng)時(shí)間會(huì )降低流明維持率，這會(huì )導致燈過(guò)早變暗或報廢。因此，為了獲得可靠的LED 光源，每個(gè)LED串應該有它自己專(zhuān)用的電流源(或電流庫)。

7 小結

在許多消費類(lèi)照明領(lǐng)域， 白熾燈泡、熒光燈管等現有技術(shù)的成本非常低， 以致于LED 照明的許多優(yōu)點(diǎn)都無(wú)法彌補其初始購買(mǎi)價(jià)格較高這一缺憾。路燈照明的情況則明顯不同。因為L(cháng)ED 路燈照明具有較長(cháng)的壽命， 高可控性， 非常符合政府的需要， 而且也便于政府評估LED路燈的擁有成本與初始購買(mǎi)價(jià)格。由于配備了良好的散熱設備和強大的驅動(dòng)電路， 這是LED 路燈方案的價(jià)值所在。筆者提出的驅動(dòng)器解決方案， 很好地達到了較高的初始成本與延長(cháng)使用壽命之間的平衡。每個(gè)路燈可以控制它的光輸出、響應并報告故障， 以及與相鄰路燈通信， 從而為社區提供高效、可靠的服務(wù)。