技術(shù)知識：用恒流穩壓器實(shí)現高亮度LED照明方案

近些年來(lái)，LED領(lǐng)域出現了諸如高亮度LED(HB-LED)這樣的進(jìn)展，這些技術(shù)進(jìn)展已經(jīng)很快地應用于汽車(chē)、建筑物和街道照明等終端市場(chǎng)。而且，在最新驅動(dòng)器技術(shù)的配合下，高性能LED照明變得比傳統的照明形式更加可靠及高效，在市場(chǎng)上也越來(lái)越普及。

但由于缺乏標準化，LED的驅動(dòng)及控制方式多種多樣。許多應用所使用的方案并未顧及LED的特殊需要。有些方式雖然能夠應對新的認證需要，但并不能提供極佳的系統方案。因此，市場(chǎng)上存在針對特定應用解決方案的機會(huì )和需求。

系統方案

安捷倫科技現已退休的科學(xué)家Roland Haitz博士曾強調：照明領(lǐng)域——實(shí)質(zhì)上已是整個(gè)電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)。他說(shuō)道，“雖然愛(ài)迪生只是第38位發(fā)明基于燈絲的電燈的人，但他是第1個(gè)提供整個(gè)照明系統的人?！盚B-LED的存在，創(chuàng )造了替代現有多缺點(diǎn)照明技術(shù)的巨大機會(huì )。然而，與Haitz博士的觀(guān)點(diǎn)一致，我們認為需要系統的方案來(lái)實(shí)現這個(gè)理念，即讓HB-LED系統替代燈絲、熒光燈管甚至是鹵素和氙氣照明等傳統照明系統。

固態(tài)HB-LED照明系統的主要組件可以簡(jiǎn)單地劃分為電源轉換、控制及驅動(dòng)、熱管理、光學(xué)，當然還包括LED本身。沒(méi)有完整提供及應用這些組件中任何一個(gè)，給定的HB-LED照明系統就不能高效工作。例如，沒(méi)有使用透鏡和導光板來(lái)對光源對焦(focusing)及處理，就無(wú)法符合應用的照明規格。同樣，如果沒(méi)有慎重考慮及應對熱管理問(wèn)題，由于LED接面溫度急升至遠高于組件的最高額定工作溫度，就會(huì )嚴重影響系統工作壽命。

HB-LED照明系統中的電壓源會(huì )隨著(zhù)應用類(lèi)型的差異而不同。對于建筑及樓宇應用而言，我們通?？梢灶A估供電電壓為交流電源。與此同時(shí)，戶(hù)外照明可能采用交流電源、12V鉛酸電池等未穩壓電源或者太陽(yáng)能供電。而就汽車(chē)應用而言，電源通常是12V電池。

盡管有可能采用電壓源來(lái)驅動(dòng)LED而不使用某種類(lèi)型的電源轉換，但這并非一個(gè)好主意，因為正常的電壓波動(dòng)會(huì )導致LED電流大幅變化。顧及電壓/電流(V /I)曲線(xiàn)極為陡峭以及不同批次LED的正向電壓(通常高于1V)差異較大等因素，使用隔離或非隔離電源轉換段就是非常必要的了。LED穩流

LED驅動(dòng)器的主要功能就是限制電流，而不論何種輸入條件及多種工作條件下正向電壓如何變化。驅動(dòng)器本身以及整體系統方案必須符合應用在能效、電流容限、外形因子、尺寸、成本及安全性等方面的要求。所選擇的方案還必須易于應用及足夠強固，以滿(mǎn)足特定應用的極端環(huán)境條件。

設計人員根據其應用的不同細節，可以選擇三種不同的基本穩壓器拓撲結構，它們是：

● 降壓(Buck)—所有工作條件下最小輸入電壓(Vin)都始終大于LED串的最大工作電壓時(shí)采用。

● 升壓(Boost)—所有工作條件下最大輸入電壓(Vin)都始終小于LED串最小工作電壓時(shí)采用。

● 降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級電感轉換器(SEPIC)—輸入與輸出電壓之間有交迭時(shí)采用。耦合電感方面的進(jìn)步使這些方案更易于應用在同等尺寸的降壓或升壓拓撲結構中。一旦掌握，SEPIC拓撲結構就能夠提供比其他常用拓撲結構更多的優(yōu)勢，也能夠提供更高能效、更小外形及更低成本。

LED穩流方案的分類(lèi)

1 電阻

電阻是最簡(jiǎn)單、最低成本的穩流方案。在實(shí)踐中，它們并不是一種實(shí)用的解決方案，因為它們依賴(lài)于電池電壓，導致LED亮度變化，能效低和必要的昂貴成本，并且需要耗時(shí)耗力的LED編碼。

2 線(xiàn)性穩壓器

線(xiàn)性穩壓器易于設計，能夠提供有效的穩流及過(guò)流保護，并且提供外部電流設定點(diǎn)，是一種“中等的”HB-LED系統穩流方案。然而，在當今這個(gè)節能意