開(kāi)關(guān)模式電源設計方案概述

　　驅動(dòng)開(kāi)關(guān)模式下的多個(gè)高功率LED并實(shí)現均勻亮度、調光功能及功率因數補償并不是一件簡(jiǎn)單的事情，然而對于專(zhuān)業(yè)的電源設計師來(lái)說(shuō)，只需一天時(shí)間便可滿(mǎn)足全部的設計要求。我們所說(shuō)的“驅動(dòng)LED”就是指“設計合適的電源”。但如果你不是專(zhuān)業(yè)的電源設計工程師，那么這個(gè)設計方案可以說(shuō)是個(gè)不小的挑戰。

　　切勿望而生畏

　　近年來(lái)，LED照明方案的需求旺盛。無(wú)論你的能力水平如何，你都可以獲得大量可選擇的電源設計方案。如果你的目標是設計整個(gè)照明設備，你還可以參考更多其他的設計方案，包括熱管理及光學(xué)系統。本文將集中介紹電源設計。

　　在進(jìn)行電源設計之前，必須先解決電源負載的問(wèn)題。為此，需要考慮以下幾個(gè)因素：

　　1.功率需求 — 你想要驅動(dòng)多少個(gè)LED燈?是1W、3W還是5W的LED燈?每個(gè)串聯(lián)線(xiàn)路上的LED燈是否是固定數量，還是需要根據輸出電壓范圍調整電源供電?你期望的電源亮度如何?Cree公司提供一個(gè)優(yōu)秀在線(xiàn)工具，可幫助工程師確定其應用設計所需LED燈的數量。

　　2.連接方案 — 你是想采用串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)方式驅動(dòng)LED燈?若需要使每一組的所有LED亮度保持一致，一般建議采用串聯(lián)配置。但若輸出電壓有問(wèn)題，則建議采用并聯(lián)方式。

　　3.正向電壓(VF))— 不僅電路中各LED燈的VF 值不同，同時(shí)具備不同顏色及不同芯片技術(shù)的典型LED正向電壓也不一樣。

　　4.特性 — 實(shí)現調光及功率因數補償等特性均將增加設計的復雜度。通過(guò)改變LED的持續正向電流或進(jìn)行脈寬調制(PMW)便可實(shí)現調光功能;而通過(guò)PWM輸出，利用低成本微控制器便可實(shí)現最大限度的控制及靈活性，但必須與電源電路進(jìn)行精確集成。至于功率因數補償(PFC)，若是由于尺寸或預算限制而無(wú)法實(shí)現傳統PFC，那么你還有其他選擇，例如安森美半導體公司就提供一套基于NCL3000臨界導電模式控制器的單段式高功率因數LED驅動(dòng)方案。

　　5.拓撲結構 — 任何人都不希望成為有偏見(jiàn)的人，包括我自己，但由于我成長(cháng)于半導體領(lǐng)域，不可避免地傾向于采用開(kāi)關(guān)模式進(jìn)行所有設計(我有一些要好的朋友則是線(xiàn)性設計師)。LED照明及開(kāi)關(guān)模式電源的一個(gè)最大賣(mài)點(diǎn)就是高能效，那么為什么不就此設計電源呢?若決定采用LED照明及開(kāi)關(guān)模式，那么你需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：你的照明應用是采用直流還是離線(xiàn)式?如果采用離線(xiàn)式，是否需要進(jìn)行隔離或通用輸入?你希望LED燈組同步還是異步?每一個(gè)拓撲結構在實(shí)現你的應用需求時(shí)都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

　　在開(kāi)始電源設計之前，需要考慮的最后一個(gè)重要問(wèn)題是確定自己的能力水平。專(zhuān)業(yè)的電源設計師即使從零開(kāi)始進(jìn)行電源設計都會(huì )覺(jué)得比較輕松，但我們當中真正算得上是電源設計師的人卻寥寥無(wú)幾。你可以根據自身的設計目標，分別參考以下三種方案：

　　購買(mǎi)成品電源

　　盡管采用他人設計的電源方案通常讓人沒(méi)有什么成就感，但它卻是工程師構建LED照明的最簡(jiǎn)便方法。即使是這種情況，工程師也有一些極佳的選擇。臺灣明緯公司提供的離線(xiàn)式LED電源包裝精美，適用于室內室外應用，同時(shí)具備調光、綜合保護、PFC及通用交流輸入等功能，用業(yè)內話(huà)來(lái)說(shuō)就是“功能完整”的小家伙。若你還有其他功能需求，該公司還可提供更多基礎的可選方案。

　　修改成熟的參考設計

　　如果你在電源設計方面沒(méi)有經(jīng)驗，這對你可能是最好的方法，尤其當你受限于某個(gè)專(zhuān)有設計方案時(shí)。像德州儀器(TI)及意法半導體等半導體巨頭公司都在其官網(wǎng)上公布了完整的參考設計方案，包括原始電路圖、物料清單及應用筆記，有時(shí)候甚至還有Gerber文件。你可以通過(guò)查看TI、意法半導體及 凌力爾特等供應商的參考設計，從而獲得可靠的資源開(kāi)始產(chǎn)品設計。此外，請盡量保持謙謙君子的風(fēng)度，也就是說(shuō)，當你在修改某個(gè)供應商的參考設計時(shí)，你在設計、原型及生產(chǎn)制造整個(gè)設計流程中都應該購買(mǎi)該供應商的產(chǎn)品。

　　孤注一擲

　　如果你想從零開(kāi)始設計自己的電源，那你就不會(huì )有任何阻礙，可能偶爾煩躁一下燒焦的指尖或是帶著(zhù)煙味的頭發(fā)。重要的是，你必須清楚這里所謂的孤注一擲并不是說(shuō)“獨自一人”。生命太短暫了，一個(gè)人不可能在真空環(huán)境中獨自完成設計。你需要找到一個(gè)聚集同行或專(zhuān)家的成員社區，例如e絡(luò )盟社區，以便咨詢(xún)問(wèn)題及交換意見(jiàn)。

　　若采用參考設計進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，你最好先研究一下提供該參考設計的供應商。正如上文提到的Cree公司，它可提供一些有用的設計指南;德州儀器則提供模塊圖及在線(xiàn)PowerLab™ 參考設計數據庫;而凌力爾特則在其官網(wǎng)上為設計師提供各類(lèi)應用與設計筆記以及參考電路。此外，意法半導體 、NXP及安森美半導體也都提供類(lèi)似資源以幫助設計師進(jìn)行LED電源設計。

　　更為幸運的是，你還可獲取一些優(yōu)秀的經(jīng)濟型圖形捕捉及布局軟件用于電源設計。而當你做好一切準備工作并開(kāi)始構建方案時(shí)，你還可輕松獲得價(jià)格實(shí)惠的PCB 設計服務(wù)，保證快速報價(jià)及需求響應。

　　對于專(zhuān)業(yè)工程師及類(lèi)似的創(chuàng )客們來(lái)說(shuō)，孤注一擲是最具趣味的一種方案。你可以獲取全球的豐富資源，并使用價(jià)格實(shí)惠的電路設計軟件及一流的原型設備，這是有史以來(lái)可使你自己化身ODM的最佳時(shí)機。所以，讓LED永不熄滅吧!