LED 驅動分析與設計
摘要: 控制LED紋波電流在任何條件下保持在一個可接受的條件下。根據建議,LED的電流紋波最好保持在平均電流的20%之內。
控制LED紋波電流在任何條件下保持在一個可接受的條件下。根據建議,LED的電流紋波最好保持在平均電流的20%之內。
1.LED驅動概述
(2)特點決定需求
(3)恒流驅動的意義
保證通過LED的電流在任何情況下保持一致(包括輸入電壓改變、環境溫度改變等)。
控制LED紋波電流在任何條件下保持在一個可接受的條件下。根據建議,LED的電流紋波最好保持在平均電流的20%之內。
(4)驅動電源結構(市電)
單級
效率高;
基于原有恒壓控制改進;
針對每一路輸出需要單獨變壓器和控制芯片。
多級
開發周期短;
適用性強,靈活;
適于LED調光和控制;
成本高;
效率低。
2.LED驅動分類
①按控制環路
平均電流控制;
遲滯控制。
②按拓撲結構
降壓型;
升壓型;
升降壓型。
③按隔離與否
在線式;
離線式。
(1)控制環路方案
①平均電流控制
基于PWM控制器;
優點:對噪聲不敏感、電流控制準確、恒頻;
缺點:動態響應較差;需環路補償。
②遲滯控制(Hysteritic)
基于比較器
優點:無需環路補償、動態響應佳;
缺點:輸出電流隨輸入電壓和負載變化而有變化、對噪聲敏感、變頻。
③舉例:遲滯
恒定導通時間+電流下限
其他方案
(2)拓撲結構方案
①降壓式
Vin>Vout;
對于大功率的應用,輸入電壓較大。
峰值電壓應力大;
高邊升降壓:極性倒向;
低邊升降壓:差分電流檢測。
(3)隔離與非隔離
①非隔離方案
優點:效率高、成本低;
應用場合:小功率、簡單環境。
②隔離方案
優點:安全;
應用場合:中大功率、復雜環境。
③成本=驅動成本+燈具成本。
(4)芯片選擇要素
①開關頻率;
高:穩波小,對電感要求小;
低:開關損耗小。
②耐壓;
③開短路保護;
④比較電壓:一般較低,降低采樣電阻損耗;
⑤調光方式;
⑥其它要素。
3.LED驅動設計
(1)LED驅動設計流程
①設計決定因素
應用場合;
功率要求;
效率要求;
PFC要求:IEC 6100-3-2:2001;GB/T 17625.1-2003
(2)恒流驅動
①LED排列方式
串聯、并聯、混聯;
均流:LED壓降差別
②LED損壞機理
并聯齊納管。
③安全電壓(特低電壓)
60VDC:IEC 60950-1:2001;GB/T 3805-2008。
④ 設計實例
針對100W LED路燈設計;
AC/DC+DC/DC雙級結構;
6路獨立輸出,每路最高48V,350mA恒流,可串聯3.3V壓降LED14個。
4.結果
(1)高效率
①合適的結構
單管反激(<100W)
單級PFC;
變壓器優化;
軟開關;
同步整流。
半橋諧振
雙級PFC;
輸入電壓范圍寬;
電壓、電流應力小。
②電源測試結果
輸入:176V~264V,50Hz AC;
輸出:50V,2A恒壓或 6路 0~48V,350mA恒流;
效率(100W負載):恒壓:92%;恒流:90%;
功率因數:大于97%。
(2)長壽命
①長壽命的意義
短板效應。
②實現方式
高效率
良好的熱學設計:
元件排布
散熱器
灌膠
③評估方式
MTBF:平均無故障時間,指相鄰兩次故障之間的平均工作時間,也稱為平均故障間隔。
MTBF的測試
精準測試
觀察點估計
加速壽命試驗
阿列里烏斯加速模型
電解電容
溫度上升10℃,壽命降為一半
試驗:80℃恒溫,264V電壓輸入,全功率負載(100W),連續1000小時,工作正常
MOSFET和功率二極管
開關應力
試驗:64800次開關,工作正常
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