實(shí)例解析高功率LED照明設計

電流控制是LED驅動(dòng)器關(guān)鍵

在任何情況下，都不能將單個(gè)LED與110伏特或220伏特交流(AC)電壓直接連接；這只能帶來(lái)瞬間的燦爛且具危險性。直流(DC)電源有電池、太陽(yáng)能電池及燃料電池等多種形式，但對于一般照明，AC線(xiàn)路電壓為最普遍的輸入電壓。LED照明系統的電路須能夠輸入較高AC電壓，并輸出較低電壓的DC電流。在不同的國家，潮濕、干燥、密閉或敞開(kāi)環(huán)境，電子規范都有所不同?？傮w而言，很少有允許輸出電壓超過(guò)60伏特DC的應用。將LED用于一般照明的研究才剛剛起步，標準和規范仍很模糊且時(shí)有修改，而利用現有的脫機電源生成中轉DC總線(xiàn)電壓是安全的選擇，該電源具有電絕緣和功率因子校正功能，并且符合相應的安全規范。輸出電壓一般為12伏特、24伏特和48伏特，在過(guò)去3、4年中，各種直流對直流(DC-DC)轉換器IC已投入市場(chǎng)，這些IC可饋入通用DC電壓并向串聯(lián)的LED輸出恒電流。

DC-DC轉換器能精確驅動(dòng)LED

有些制造商提供完整的AC輸入、DC電流輸出驅動(dòng)器模塊，雖然符合絕緣和功率因素校正(PFC)要求，但能驅動(dòng)的LED數量和類(lèi)型有限。DC-DC轉換器能精確地驅動(dòng)LED，因為它們的輸出電流恒定，符合LED的需求。要實(shí)現LED不同配置所需的靈活性，固態(tài)照明設計人員必須知道哪些DC-DC轉換器IC可以使用及如何選擇最適合應用的組件。

首先，IC必須能處理所選擇的輸入電壓，并且能在很大的輸出電壓范圍內輸出所需的電流。由n個(gè)LED串聯(lián)起來(lái)的系統，需要的總輸出電壓為：VO=nxVF+VSNS。在該數列中，「VSNS」表示通過(guò)一個(gè)串聯(lián)電流傳感組件(通常為電阻)的電壓降。

對于VIN-MIN大于VO-MAX的系統，可使用降壓穩壓器。降壓穩壓器是以交換式轉換器為基礎之LED驅動(dòng)器的首選產(chǎn)品，因為它們結構簡(jiǎn)單、組件數量少、適合恒電流輸出及廣泛的控制IC選擇。對于VO-MIN大于VIN-MAX的系統，應使用升壓穩壓器。雖然升壓穩壓器不太適用于LED驅動(dòng)，但它們采用一個(gè)單獨的傳感器和兩個(gè)電源開(kāi)關(guān)。與降壓穩壓器相同的是，它們的效率很高，并且在控制IC的選擇方面是除降壓穩壓器之外的第二選擇。

最后，如果VIN和VO的范圍重疊，則需要降壓-升壓穩壓器。這種類(lèi)型的穩壓器應該是電子驅動(dòng)設計所能采取的最后方法，但由于制程和溫度的原因，輸入電壓范圍和誤差與LED的VF誤差相結合，通常使照明設計人員不得不做出此困難的選擇。降壓--升壓穩壓器傾向于使用更多組件，效率不高，而且比降壓穩壓器或升壓穩壓器更難設計。

此外，降壓穩壓器和升壓穩壓器各自采用一個(gè)基本拓撲，而降壓--升壓穩壓器則采用單個(gè)電感反向拓撲(InvertingTopology)、SEPIC拓撲、Cuk拓撲及反馳式(Flyback)拓撲(耦合電感)等。選擇拓撲實(shí)例如下：

采用降壓穩壓器

以采用六個(gè)白色(InGaN)LED的小型LED燈為例。驅動(dòng)電流為1安培±10%，這是3瓦LED的標準電流。所有六個(gè)LED將采用串聯(lián)配置，查看LED數據表之后得出以下正向電壓數據：VF-MIN=3.0V，VF-TYP=3.7V，VF-MAX=5.0V。

該LED可進(jìn)行分批而縮小VF的范圍，但會(huì )增加成本，尤其是如果使用的LED已根據光通量和/或色溫進(jìn)行分批。如果采用整個(gè)VF范圍，輸出電壓的范圍可以是18～30伏特，這樣的燈具可銷(xiāo)往全球，并且必須在85～265伏特AC的通用AC輸入電壓范圍內運作；購買(mǎi)標隔離線(xiàn)電源，它會(huì )提供一個(gè)中轉總線(xiàn)電壓(IntermediateBusVoltage)VBUS。這里需要的是擁有標準輸出電壓的脫機電源，因為它具有最廣泛的產(chǎn)品可以選擇，也具最低成本，因此可選的VBUS為12伏特、24伏特或48伏特，每個(gè)電壓都有±5%的誤差。48伏特是最理想的選擇，因為它將提供效率最高但價(jià)格卻最低的LED驅動(dòng)拓撲--降壓驅動(dòng)器。

此外，脫機轉換將比12伏特或24伏特選擇更有效，因為將AC電壓逐步降低為48伏特時(shí)，輸出電流會(huì )更低，轉換速率也會(huì )更慢。圖5為降壓LED驅動(dòng)器的實(shí)例。

圖5降壓LED驅動(dòng)器