全揭秘LED照明設計之驅動(dòng)的選擇與設計技巧

LED的排列方式及LED光源的規范決定著(zhù)基本的驅動(dòng)器要求。LED驅動(dòng)器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過(guò)LED的電流，而無(wú)論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅動(dòng)器基本的工作電路示意圖如圖1所示，其中所謂的“隔離”表示交流線(xiàn)路電壓與LED(即輸入與輸出)之間沒(méi)有物理上的電氣連接，最常用的是采用變壓器來(lái)電氣隔離，而“非隔離”則沒(méi)有采用高頻變壓器來(lái)電氣隔離。

如何選擇LED驅動(dòng)方式

如今在市場(chǎng)上典型的LED驅動(dòng)器包括兩類(lèi)，即線(xiàn)性驅動(dòng)器和開(kāi)關(guān)驅動(dòng)器;大概的適用范圍見(jiàn)圖2.如電流大于500mA的大電流應用采用開(kāi)關(guān)穩壓器，因為線(xiàn)性驅動(dòng)器限于自身結構原因，無(wú)法提供這樣大的電流;而在電流低于200mA的低電流應用中，通常采用線(xiàn)性穩壓器或分離穩壓器;而在200至500mA的中等電流應用中，既可以采用線(xiàn)性穩壓器，也可以采用開(kāi)關(guān)穩壓器。

開(kāi)關(guān)穩壓器的能效高，且提供極佳的亮度控制。線(xiàn)性穩壓器結構比較簡(jiǎn)單，易于設計，提供穩流及過(guò)流保護，且沒(méi)有電磁兼容性(EMC)問(wèn)題。

在低電流LED應用中，電阻型驅動(dòng)器盡管成本較低且結構簡(jiǎn)單，但這種驅動(dòng)器在低電壓條件下，正向電流較低，會(huì )導致LED亮度不足，且在負載突降等瞬態(tài)條件下，LED可能受損;并且電阻是耗能元件，整個(gè)方案的能效較低，見(jiàn)圖2。

例如在采用DC-DC電源的LED照明應用中，可以采用的LED驅動(dòng)方式有電阻型、線(xiàn)性穩壓器及開(kāi)關(guān)穩壓器等，基本的應用示意圖見(jiàn)圖3。

電阻型驅動(dòng)方式中，調整與LED串聯(lián)的電流檢測電阻即可控制LED的正向電流，這種驅動(dòng)方式易于設計、成本低，且沒(méi)有電磁兼容(EMC)問(wèn)題，劣勢是依賴(lài)于電壓、需要篩選(binning)LED，且能效較低。

線(xiàn)性穩壓器同樣易于設計且沒(méi)有EMC問(wèn)題，還支持電流穩流及過(guò)流保護(foldback)，且提供外部電流設定點(diǎn)，不足在于功率耗散問(wèn)題，及輸入電壓要始終高于正向電壓，且能效不高。開(kāi)關(guān)穩壓器通過(guò)PWM控制模塊不斷控制開(kāi)關(guān)(FET)的開(kāi)和關(guān)，進(jìn)而控制電流的流動(dòng)。

開(kāi)關(guān)穩壓器具有更高的能效，與電壓無(wú)關(guān)，且能控制亮度，不足則是成本相對較高，復雜度也更高，且存在電磁干擾(EMI)問(wèn)題。LEDDC-DC開(kāi)關(guān)穩壓器常見(jiàn)的拓撲結構包括降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級電感轉換器(SEPIC)等不同類(lèi)型。

其中，所有工作條件下最低輸入電壓都大于LED串最大電壓時(shí)采用降壓結構，如采用24Vdc驅動(dòng)6顆串聯(lián)的LED；與之相反，所有工作條件下最大輸入電壓都小于最低輸出電壓時(shí)采用升壓結構，如采用12Vdc驅動(dòng)6顆串聯(lián)的LED；而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時(shí)可以采用降壓-升壓或SEPIC結構，如采用12Vdc或12Vac驅動(dòng)4顆串聯(lián)的LED，但這種結構的成本及能效最不理想。LED驅動(dòng)設計5大技巧要領(lǐng)

1、芯片發(fā)熱

這主要針對內置電源調制器的高壓驅動(dòng)芯片。假如芯片消耗的電流為2mA，300V的電壓加在芯片上面，芯片的功耗為0.6W，當然會(huì )引起芯片的發(fā)熱。驅動(dòng)芯片的最大電流來(lái)自于驅動(dòng)功率mos管的消耗，簡(jiǎn)單的計算公式為I=cvf(考慮充電的電阻效益，實(shí)際I=2cvf，其中c為功率MOS管的cgs電容，v為功率管導通時(shí)的gate電壓，所以為了降低芯片的功耗，必須想辦法降低c、v和f.如果c、v和f不能改變，那么請想辦法將芯片的功耗分到芯片外的器件，注意不要引入額外的功耗。再簡(jiǎn)單一點(diǎn)，就是考慮更好的散熱吧。

2、功率管發(fā)熱

功率管的功耗分成兩部分，開(kāi)關(guān)損耗和導通損耗。要注意，大多數場(chǎng)合特別是