- 線(xiàn)性恒流穩(wěn)壓器驅(qū)動(dòng)LED
- 電感型轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)LED
- 可使用TRIAC調(diào)光的LED驅(qū)動(dòng)方案
- LED日光燈驅(qū)動(dòng)方案
- LED路燈照明解決方案
市場(chǎng)上典型的LED驅(qū)動(dòng)器包括兩類(lèi)，即線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器和開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器；大概的適用范圍見(jiàn)圖1。如電流大于500mA的大電流應(yīng)用采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器，因?yàn)榫€(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器限于自身結(jié)構(gòu)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(yīng)用中，通常采用線(xiàn)性穩(wěn)壓器或分離穩(wěn)壓器；而在200至500mA的中等電流應(yīng)用中，既可以采用線(xiàn)性穩(wěn)壓器，也可以采用開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。
開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的能效高，且提供極佳的亮度控制。線(xiàn)性穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于設(shè)計(jì)，提供穩(wěn)流及過(guò)流保護(hù)，且沒(méi)有電磁兼容性(EMC)問(wèn)題。
圖1 LED驅(qū)動(dòng)器分類(lèi)
線(xiàn)性恒流穩(wěn)壓器
在低電流LED應(yīng)用中，電阻型驅(qū)動(dòng)器盡管成本較低且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但這種驅(qū)動(dòng)器在低電壓條件下，正向電流較低，會(huì)導(dǎo)致LED亮度不足，且在負(fù)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)下圖示例。
圖2 電阻型與線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器對(duì)比
與電阻型驅(qū)動(dòng)器相比，安森美半導(dǎo)體推出的線(xiàn)性恒流穩(wěn)壓器可以提供穩(wěn)定電流，在寬電壓范圍下提供恒定亮度，在高輸入電壓時(shí)保護(hù)LED，使其免于過(guò)驅(qū)動(dòng)，在低輸入電壓時(shí)提供更高的亮度。而得益于其恒流特性，整個(gè)驅(qū)動(dòng)僅需要一個(gè)SOT223封裝的線(xiàn)性穩(wěn)壓器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；客戶(hù)可以減少或消除源自不同供應(yīng)商提供的不同LED的編碼成本，使系統(tǒng)總成本更低。線(xiàn)性穩(wěn)壓器的適合手電，手持應(yīng)急燈，走廊夜燈等小電流應(yīng)用。[page]
電感型轉(zhuǎn)換器
線(xiàn)性穩(wěn)壓器輸出的弱點(diǎn)是輸出能力有限，且不能升壓使用。電感型轉(zhuǎn)換器是很好的解決方案，可以實(shí)現(xiàn)良好的光亮控制和最佳的總發(fā)光效率。選擇合適的電感型轉(zhuǎn)換器有助提升效率，而實(shí)際無(wú)論是升壓或是降壓，都取決于應(yīng)用的電源和LED的配置結(jié)構(gòu)。
智能樓宇中的備用電源一般為直流24V，市電斷電之后仍需要備用照明長(zhǎng)時(shí)間的工作，省電是備用照明的重點(diǎn)，此時(shí)正是電感型轉(zhuǎn)換器LED驅(qū)動(dòng)器的用武之地。圖3說(shuō)明了如何利用CAT4201從一個(gè)24V電源來(lái)驅(qū)動(dòng)5只1W的LED。
LED電流由外部電阻R1來(lái)設(shè)定。CAT4201降壓LED驅(qū)動(dòng)器利用兩階段開(kāi)關(guān)作業(yè)來(lái)提供精確的平均電流。在第一階段，位于內(nèi)部的CAT4201FET開(kāi)關(guān)將SW端連接到地，使電流上升并對(duì)電感充電。
圖3：使用CAT4201驅(qū)動(dòng)5個(gè)1W的LED。
電感兩端的電壓基本上等于24V減去LED的壓降。一旦電流達(dá)到預(yù)定的峰值，內(nèi)部開(kāi)關(guān)就切斷，而電流則繼續(xù)流過(guò)蕭特基二極管，直到電感放電為止。當(dāng)電感的電流降到0時(shí)，將重復(fù)上述過(guò)程，因而電感電流的波形為三角形。本例中，開(kāi)關(guān)頻率約為260kHz。LED兩端的電容C2將LED的電流突波減到最小。采用大電容會(huì)將突波減到更小。
本例中的總轉(zhuǎn)換效率(LED功率除以來(lái)自VBAT的功率)可達(dá)94%。在調(diào)節(jié)過(guò)程中想要LED電流保持完好，只要VBAT高于LED電壓－總VF+3V。低于該電平時(shí)，LED電流將線(xiàn)性降低。
可使用TRIAC調(diào)光的LED驅(qū)動(dòng)方案
在日常照明中雖然大功率LED現(xiàn)在還不能大規(guī)模取代傳統(tǒng)的白熾燈，但它們?cè)谑覂?nèi)外裝飾、特種照明方面有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，大功率LED被稱(chēng)為“綠色光源”，將向大電流(300mA至1.4A)、高效率(60至120流明/瓦)、亮度可調(diào)的方向發(fā)展。
傳統(tǒng)的TRIAC（雙向晶閘管）調(diào)光控制器是用來(lái)調(diào)節(jié)電阻性的負(fù)載(例如是白熾燈或鹵素?zé)?，而目前市場(chǎng)上的LED驅(qū)動(dòng)器解決方案，在作TRIAC調(diào)光控制的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生120Hz的閃爍及/或不能實(shí)現(xiàn)100:1的對(duì)比度。LM3445離線(xiàn)式LED驅(qū)動(dòng)器解決方案，適用于任何使用TRIAC(三端雙向可控硅)壁掛式調(diào)光器的LED照明應(yīng)用，而且能夠提供寬范圍的，穩(wěn)定的亮度平滑調(diào)整，并不會(huì)產(chǎn)生閃爍的變化。
圖4 LM3445驅(qū)動(dòng)電路
LM3445TRIAC調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器，應(yīng)用電壓范圍從80VAC到270VAC，導(dǎo)通角檢測(cè)器/譯碼器可以實(shí)現(xiàn)寬全范圍的(100:1)調(diào)光，內(nèi)置3000Ω泄流電阻確保TRIAC信號(hào)譯碼無(wú)誤，正在申請(qǐng)注冊(cè)專(zhuān)利的調(diào)控架構(gòu)可確保恒定的紋波電流以延長(zhǎng)LED的工作壽命，可調(diào)節(jié)輸出電流高至1A，可通過(guò)主/從操作方式控制多條燈串的亮度。
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LED日光燈驅(qū)動(dòng)方案
大功率LED照明需要的是低電壓、大電流的驅(qū)動(dòng)器件，其發(fā)光的強(qiáng)度由流過(guò)LED的電流決定，電流過(guò)強(qiáng)會(huì)引起LED的衰減，電流過(guò)弱會(huì)影響LED的發(fā)光強(qiáng)度，LED的驅(qū)動(dòng)需要提供恒流電源，以保證大功率LED使用時(shí)的安全性，并得到理想的發(fā)光強(qiáng)度。因此，在LED照明領(lǐng)域，要體現(xiàn)出節(jié)能和長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，選擇LED驅(qū)動(dòng)IC至關(guān)重要，沒(méi)有好的驅(qū)動(dòng)IC的匹配，LED照明的優(yōu)勢(shì)無(wú)法體現(xiàn)。
下圖是18W日光燈的應(yīng)用方案。它以獨(dú)特的電路結(jié)構(gòu)，采用峰值電流檢測(cè)為大功率LED提供恒定的供電電流。另外，PT4107還為使用者提供良好的調(diào)光措施（變阻器SW1:5K的可調(diào)），并為系統(tǒng)提供了安全可靠的過(guò)流、過(guò)溫保護(hù)，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
圖5 PT4107驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路
本方案整體供電效率可達(dá)80％以上，典型為85-88％；可調(diào)節(jié)毫安級(jí)到安培級(jí)的輸出應(yīng)用；低頻可變占空比的數(shù)字脈沖調(diào)光功能和線(xiàn)性調(diào)光功能；多達(dá)上百個(gè)LED的串/并聯(lián)使用；內(nèi)部集成頻抖功能改善EMI；外部設(shè)定LED過(guò)溫保護(hù)功能。最大的特點(diǎn)是成本控制好，使用較少的元件，達(dá)到了高效低成本的驅(qū)動(dòng)要求以滿(mǎn)足民用照明的需要。
圖6 LED驅(qū)動(dòng)線(xiàn)路板
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LED路燈照明解決方案
對(duì)于輸出功率更高一級(jí)的照明路燈的應(yīng)用（一般要大于100W），設(shè)計(jì)一個(gè)高效率的大功率電源并控制好散熱是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)。200W電源解決方案是基于FAN6961電壓模式PFC控制器的高功率因數(shù)預(yù)穩(wěn)壓器，并基于諧振LLC拓?fù)涞母綦x型DC/DC轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，輸入電壓范圍可從90VRMS到265VRMB，可產(chǎn)生六路輸出，每路最大輸出功率為0.7A/48V。FAN6961是8引腳邊界模式PFC控制器，能準(zhǔn)時(shí)調(diào)整輸出的DC電壓，從而達(dá)到功率因素修正。
該器件的電源電壓高達(dá)25V，起動(dòng)電流低于25uA，工作電流可降低到6mA以下，可以進(jìn)行零電流檢測(cè)和逐個(gè)周期限流。FAN6961可用于電子燈鎮(zhèn)流器，AC/DC開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器以及適配器和帶ZCS/ZVS的反激電源轉(zhuǎn)換器。給出了基于FAN6961的帶整流和EMI濾波功能的電路圖。
圖7：基于FAN6961的帶整流和EMI濾波功能的電路圖
FSFR2100功率開(kāi)關(guān)也是該方案中的一個(gè)重要元件。FSFR2100采用零電壓開(kāi)關(guān)(ZVS)技術(shù)，能夠大幅降低MOSFET和整流器的開(kāi)關(guān)損耗。采用這種技術(shù)，此開(kāi)關(guān)無(wú)需散熱器即可處理高達(dá)200W的功率，使用散熱器更可處理高達(dá)450W的功率。
FSFR2100還集成了所有必需元件以構(gòu)建可靠及高效的諧振轉(zhuǎn)換器，并在高熱效的SiP封裝中集成了一個(gè)脈沖頻率調(diào)制(PFM)控制器、一個(gè)高壓柵極驅(qū)動(dòng)電路和兩個(gè)快速恢復(fù)MOSFET(FRFET)，以及軟啟動(dòng)、間歇工作模式和重要的保護(hù)功能。
圖8：200WLED照明系統(tǒng)的電源方案原型
該電源方案的主要優(yōu)勢(shì)包括：非常緊湊設(shè)計(jì)；全負(fù)載效率大于94%；待機(jī)功耗僅為1.2W；EMI很低；可通過(guò)PWM信號(hào)調(diào)光；只有PFC開(kāi)關(guān)需要加散熱片，整個(gè)系統(tǒng)安全可靠能長(zhǎng)時(shí)間的使用。
