基于LT3756的大功率工業(yè)LED照明驅動(dòng)方案
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LED不用白熾燈、熒光燈和高壓鈉燈首選的高壓AC電源，而是采用電壓低得多的DC電壓源，其典型范圍視應用和LED配置的不同而有所改變，從8V至72V。不過(guò)，大多數新的設計都將在12V至24V的DC輸入范圍內工作，而有些改良設計會(huì )使用12V交流輸入。
為確保最佳性能和長(cháng)的工作壽命，LED需要一個(gè)有效的驅動(dòng)電路。這些驅動(dòng)電路必須靠不精確穩定的電源軌工作，而且還必須具有成本效益和空間效益。為保持長(cháng)工作壽命，首先要確保不超過(guò)LED的電流和溫度限制。不管輸入電壓如何變化，LED驅動(dòng)器都能為L(cháng)ED串提供恒定電流，以保持恒定的光輸出和顏色，因此通常采用恒定頻率、電流模式LED驅動(dòng)器拓撲。與電壓模式控制相比，電流模式控制改善了環(huán)路動(dòng)態(tài)特性，并提供逐周期電流限制，從而向LED提供恒定電流。最后，LED驅動(dòng)器必須提供超過(guò)90％的效率，以最大限度減小對外部散熱措施的需求，并保持照明系統的高效率。
1顯示了采用單個(gè)LED驅動(dòng)器IC驅動(dòng)50W LED串的電路。驅動(dòng)IC是凌力爾特公司的工作在升壓模式的LT3756。LT3756是一個(gè)100V、高壓側電流檢測DC/DC轉換器，6V至100V的輸入電壓范圍使其非常適用于多種應用，包括工業(yè)和建筑照明。LT3756使用一個(gè)外部N溝道MOSFET，可以通過(guò)標稱(chēng)12V的輸入驅動(dòng)多達14個(gè)1A的白光LED，提供超過(guò)50W的功率。它可以用一個(gè)24V輸入為多達20個(gè)LED供電，提供總共75W的LED功率。
圖1：采用單個(gè)LED驅動(dòng)器LT3756驅動(dòng)50W LED串的電路。
LT3756包含了高壓側電流檢測，從而使該器件能用在升壓、降壓、降壓/升壓或SEPIC和反激式拓撲中。在這個(gè)例子中，LT3756用于升壓模式，可以提供超過(guò)94％的效率，無(wú)需散熱措施。頻率調節引腳允許用戶(hù)在100kHz至1MHz范圍內對頻率編程，從而優(yōu)化效率，并最大限度減小外部組件尺寸和成本。采用3x3mm QFN封裝的LT3756可提供一個(gè)非常緊湊的50W至75WLED驅動(dòng)器解決方案。
此外，LT3756采用真正彩色PWM(True Color PWM)調光，這種調光方法以寬達3,000:1的調光范圍提供恒定LED顏色。對不苛刻的調光需求而言，CTRL引腳可用來(lái)提供10:1的模擬調光范圍。該器件的固定頻率、電流模式架構在寬電源電壓和輸出電壓范圍內提供穩定工作。一個(gè)以地為基準電壓的FB引腳用作幾種LED保護功能的輸入，從而使該轉換器可以作為恒定電壓源工作。
圖1的設計可以在多種不同的配置中使用。LED可以在50W聚光燈配置中以單陣列排列，以取代125W的熒光燈或高壓鈉燈，這幾種燈的光輸出都相當于500W鹵素燈，而產(chǎn)生的熱量卻比鹵素燈少。除了節省能源，由LT3756驅動(dòng)的LED還提供即時(shí)接通功能、純凈得多的光顏色，并能快速和準確地對LED調光。此外，該設計還可將多達14個(gè)4W的LED配置為活動(dòng)式投射燈，每個(gè)燈都能以同樣或更好的光顏色，提供相當于一個(gè)40W鹵素燈的光輸出，同時(shí)降低非常熱的鹵素燈固有的火災風(fēng)險。類(lèi)似地，LED還可以取代幾個(gè)熒光燈。
圖2：LT3750 50W LED升壓電路的效率和輸入電壓
為突出LED工業(yè)照明的好處(與歷史上效率最高的高壓鈉燈照明相比)，可以考慮一個(gè)提煉廠(chǎng)的例子，如圖3所示。在這個(gè)例子中，超過(guò)1,000個(gè)250W的高壓鈉燈照明系統被同樣數量的100W白光高亮度LED照明系統取代，這些LED都是由LT3756驅動(dòng)的。因為這些燈是每日24小時(shí)不間斷地開(kāi)著(zhù)，所以第一個(gè)主要的好處是能源需求降低了60％。就整個(gè)提煉廠(chǎng)而言，這可每年節省16.4萬(wàn)美元成本(按每度電0.10美元計算)。這種節省還可能極大地提高，因為LED照明系統不需要任何升溫期，可以“即時(shí)接通”工作，從而在極短的時(shí)間內達到最大光強。通過(guò)在不需要時(shí)給這些燈斷電，或者使用運動(dòng)控制傳感器以避免讓這些燈24小時(shí)不間斷工作，這個(gè)工廠(chǎng)還能節省多得多的能源。
圖3：具有高亮度白光LED燈與高壓鈉燈照明的提煉廠(chǎng)
另一個(gè)主要的好處是光輸出的質(zhì)量。正如可以在圖3中看到的那樣，工廠(chǎng)左手邊的部分是用LED照明的，LED提供全光譜純白光，與高壓鈉燈(右手邊)相比，在這種光線(xiàn)中更容易看清楚，而高壓鈉燈發(fā)出的光幾乎全部在色譜的橙黃色區域，從而非常難以區分顏色。在提煉廠(chǎng)中，這尤其令人難受，因為要用肉眼區分水蒸氣和火焰引起的煙霧是非常慘痛的事。要能夠準確地辨認色標導線(xiàn)和彩色飾板也是很重要(甚至在光線(xiàn)暗淡的情況下)。
最后，白光LED具有10萬(wàn)小時(shí)的工作壽命，每天24小時(shí)不間斷工作，將持續使用超過(guò)11年，相比之下，高壓鈉燈每一兩年就需要更換。與目前的高壓鈉燈照明相比，這進(jìn)一步降低了高亮度LED的長(cháng)期總體成本。
本文小結
白光LED照明應用在工業(yè)/住宅通用照明領(lǐng)域前所未有地加速已經(jīng)導致對大電流LED驅動(dòng)器IC的很多具體有很多種。節能以及由此引起的二氧化碳排放量減少，正在加速高亮度白光LED在大量商業(yè)和工業(yè)環(huán)境性能要求。從面向提煉廠(chǎng)、發(fā)電廠(chǎng)等有害工業(yè)應用的大功率外部照明到內部活動(dòng)式投射照明，工業(yè)應用中的采用。所有這些應用都需要高性能LED驅動(dòng)器IC，以最大限度地提高效率和可靠性，同時(shí)最大限度地降低用戶(hù)向LED照明轉變的成本。這些LED驅動(dòng)器還必須提供恒定電流以保持一致的亮度(而不管輸入電壓或LED正向電壓如何變化)，必須以高效率工作，并提供寬調光比。這些應用還要求占板面積非常緊湊和高熱效率解決方案。幸運的是，LED驅動(dòng)器的設計師已經(jīng)預料到了這些需求，并已經(jīng)設計出滿(mǎn)足所有這些需求的IC。
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