詳解大功率LED 恒流驅動(dòng)的設計原理

　0 引言

　　光伏發(fā)電行業(yè)作為一種新興行業(yè)，其發(fā)展具有突飛猛進(jìn)的趨勢。光伏照明是光伏產(chǎn)業(yè)中的支柱產(chǎn)業(yè)。由于光伏電池所發(fā)出來(lái)的電如果不經(jīng)過(guò)一次變換的話(huà)是直流電，因此，LED 光源作為一種直流電光源，尤其適合光伏照明產(chǎn)業(yè)。但是，LED 的高效節能的優(yōu)點(diǎn)要想保證的話(huà)，其驅動(dòng)具有尤為重要的作用。本文對大功率LED 和小功率LED 適合的驅動(dòng)進(jìn)行了比較研究。并且提出一種基于PT4115的高效率的大功率LED 恒流驅動(dòng)解決方案。該種驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單、高效、成本低，適合當今太陽(yáng)能產(chǎn)品的市場(chǎng)化發(fā)展。

　　1 LED 工作特性

　　LED 具有對電壓敏感的特性，當LED 兩端電壓超過(guò)其導通電壓后?？山频恼J為其正向電壓VF和正向電流IF 成比例關(guān)系。因此，電壓的變化會(huì )引起電流的變化。

　　圖1 　LED 的VF 和IF 特性曲線(xiàn)線(xiàn)

　　從圖1 可以看出電壓的微小變化會(huì )引起電流的極大變化。由此，可以得出對于LED 應該采用恒流驅動(dòng)，防止流過(guò)LED 電流的極大波動(dòng)，影響LED 的使用壽命。因此，不管是交流恒流驅動(dòng)還是直流恒流驅動(dòng)，其輸出端LED 兩端電壓的峰峰值最好控制電流在幾十毫安。

　　2 LED 常用驅動(dòng)技術(shù)比較研究

　　2. 1 電阻鎮流驅動(dòng)

　　圖2 采用鎮流電阻驅動(dòng)的原理圖

　　從圖2 中可見(jiàn)，采用電阻鎮流的驅動(dòng)方式就是在LED 燈串上串聯(lián)上鎮流電阻。通過(guò)鎮流電阻降低在LED 燈串上的電壓，防止LED 過(guò)壓被擊穿。鎮流電阻的驅動(dòng)方式實(shí)際上就是通常所說(shuō)的恒壓驅動(dòng)方式。該種驅動(dòng)方式雖然簡(jiǎn)單，但是在鎮流電阻上會(huì )有損耗，并且，損耗會(huì )隨輸入電壓的增大而增大。因此，該種技術(shù)作為最早的驅動(dòng)技術(shù)，已經(jīng)隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，逐漸被取代。

　　2. 2 PWM恒壓驅動(dòng)方式

　　眾所周之，PWM驅動(dòng)方式本身具有驅動(dòng)效率高的優(yōu)點(diǎn)。因此，采用PWM 恒壓驅動(dòng)方式具有效率高，驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單的優(yōu)勢。但是，鎮流電阻這種恒驅動(dòng)方式，已經(jīng)不適合當今光伏照明的簡(jiǎn)潔、高效的趨勢。因此，PWM恒壓IC 隨之出現。

　　圖3 恒壓驅動(dòng)原理

　　對于采用恒壓驅動(dòng)（見(jiàn)圖3） ，因輸出到LED 負載兩端的壓降不變，如果其中一路的某顆LED 發(fā)生短路故障，則這個(gè)輸出的恒壓壓降將全部降在其它LED 兩端，則剩余的每顆LED 承受的電壓可能超過(guò)電壓額定值，而將其燒毀。

　　LED 因其VF 值特性原因做不到相同，隨著(zhù)溫度及電流大小也有些VF 值也會(huì )發(fā)生變化，一般不適合并聯(lián)設計。但是有些情況又不得不并聯(lián)解決多顆LED 驅動(dòng)成本問(wèn)題，就像小功率LED 如果每一路采用一個(gè)恒流源會(huì )大大增加驅動(dòng)成本，因此，就必須采用多組LED 燈串并聯(lián)，而采用恒壓驅動(dòng)的方式進(jìn)行驅動(dòng)。

　　因此， 即使采用恒壓驅動(dòng)的方式， 也要選擇PWM恒壓驅動(dòng)IC ，提高驅動(dòng)效率。

　　迫于小功率LED 要想實(shí)現和大功率相同的照度，所需數量大，如果每路驅動(dòng)使用一個(gè)恒流驅動(dòng)，將大大增加驅動(dòng)成本，鑒于此問(wèn)題，小功率LED 適合采用恒壓驅動(dòng)方式。

　　2. 3 恒流驅動(dòng)技術(shù)

　　對于恒流驅動(dòng)實(shí)際上很大程度上是結合PWM恒壓驅動(dòng)高效率的特點(diǎn)，對其進(jìn)行改造以最簡(jiǎn)單的方法實(shí)現恒流。

　　對于PWM恒壓IC 內置一個(gè)基準電壓，通過(guò)采樣反饋端FB 端電壓和內置電壓比較，以控制PWM輸出占空比，以實(shí)現恒壓驅動(dòng)。

　　要進(jìn)行恒流控制就要在斬波輸出端串聯(lián)一個(gè)小電阻，采樣其對地電壓，然后對其進(jìn)行放大并反饋到恒壓控制端，以進(jìn)行恒流控制。由于采樣電阻串聯(lián)在輸出回路里，要降低落在電阻上的功耗，就要盡量減小電阻的阻值，通常選0. 1 Ω電阻。

　　采用恒流驅動(dòng)，必須每一路LED 燈串有一個(gè)恒流源驅動(dòng)。當燈串中單顆LED 發(fā)生短路故障時(shí)，由于輸出電流不變，因此，并不影響其它LED 的光效，采用恒流驅動(dòng)能大大提高LED 的使用壽命。

　　3 基于PT4115 的恒流驅動(dòng)技術(shù)

　　3. 1 PT4115 芯片簡(jiǎn)介

　　1） 極少的外部原件

　　2） 很寬的電壓輸入范圍：從8 V 到30 V

　　3） 最大輸出1. 2 A 電流

　　4） 復用DIM 引腳進(jìn)行LED 開(kāi)關(guān)、模擬調光、PWM調光

　　5） 5 %的輸出電流精度

　　6） LED 開(kāi)路保護

　　7） 高達97 %的效率

　　8） 輸出可調的恒流控制方法

　　9） 內部含有抖頻特性，極大的改善EMI

　　3. 2 典型應用電路

　　圖4 PT4114 典型應用電路

　　對于PT4115 （見(jiàn)圖4） 即可以應用于12~18 V 的交流，也可應用在8 V~30 V 的直流。因此，應用范圍更加廣泛。并且，驅動(dòng)電路簡(jiǎn)單，所需元器件均價(jià)格低廉。適合批量、市場(chǎng)化。

　　3. 3 PT4115 恒流原理

　　保持采樣端（CSN） 輸入電壓值為IC 內部設定值相對于VIN 電壓值不變即可實(shí)現恒流。因為：

　　式中：

　　ILED ---流過(guò)L ED 的電流；

　　VCSN ---電壓檢測端電壓；

　　RS ---電流采樣電阻。

　　從式（1） 可見(jiàn)，只要保證采樣端電壓相對于輸入端電壓不變，就能使流過(guò)LED 的電流恒定。