基于恒流LED驅(qū)動(dòng)器的高效率LED照明系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

本文將探討如何利用恒流LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)出高效率、高穩(wěn)定性的LED照明系統(tǒng)。

隨著高功率LED的問(wèn)世，LED的使用壽命及電源轉(zhuǎn)換效率成為設(shè)計(jì)LED照明系統(tǒng)時(shí)的主要考慮因素。而為了提供恒流以維持LED色彩與亮度的一致性，恒流LED驅(qū)動(dòng)器可作為一個(gè)提供恒流輸出的開(kāi)關(guān)式轉(zhuǎn)換器。此外，省電或高效率的電源轉(zhuǎn)換需求更是在LED照明應(yīng)用上不可缺少的要素，而磁滯型脈沖頻率調(diào)變技術(shù)(Hysteretic PFM)可以大幅提升輕載或重載時(shí)的電源轉(zhuǎn)換效率。

傳統(tǒng)LED驅(qū)動(dòng)器：定電壓模式

流經(jīng)LED的電流決定了LED的亮度，電流越大，LED的亮度也會(huì)越亮。一般而言，使用定電壓或恒流驅(qū)動(dòng)器都可達(dá)到點(diǎn)亮LED的目的。圖1為最簡(jiǎn)單的定電壓LED驅(qū)動(dòng)器，流經(jīng)LED的電流是由與LED串聯(lián)的電阻所控制。例如，假設(shè)輸入電壓為5V，LED的順向偏壓為3.6V，則在該條件下，如果需要的LED電流為20mA，所要使用的限流電阻即為70Ω。雖然這種方法的架構(gòu)非常簡(jiǎn)單，但LED的電流會(huì)隨著落在LED兩端的電壓而改變，如果LED順向偏壓不一致或輸入電壓有些許變動(dòng)都會(huì)對(duì)LED的亮度產(chǎn)生影響。除此之外，在限流電阻上的功率損耗也會(huì)造成過(guò)熱及低效率的問(wèn)題。

圖1：定電壓LED驅(qū)動(dòng)器。

傳統(tǒng)LED驅(qū)動(dòng)器：恒流模式

另一種常用的LED驅(qū)動(dòng)器為如圖2所示的恒流模式驅(qū)動(dòng)器。在圖2中，LED的電流由線性穩(wěn)壓器所提供，其電流可由R1電阻設(shè)定。與定電壓模式驅(qū)動(dòng)器相比，恒流模式驅(qū)動(dòng)器可以控制流經(jīng)LED的電流而不受LED順向偏壓及輸入電壓的不同所影響。但如果輸入電壓與LED總順向偏壓之間的壓差過(guò)大的話，還是會(huì)在驅(qū)動(dòng)器上產(chǎn)生過(guò)熱的問(wèn)題。

磁滯型脈沖頻率調(diào)變

MBI6650的磁滯型脈沖頻率調(diào)變控制方式可以在輕載應(yīng)用下有效提升系統(tǒng)的效率。圖3為MBI6650的應(yīng)用電路，圖4為磁滯型脈沖頻率調(diào)變方式的波型示意圖。圖3中的V_SEN為R_SEN電阻兩端的壓降，MBI6650的輸出電流就是由該電壓及電阻而定。圖4中的V_H為MBI6650內(nèi)部的高位準(zhǔn)參考電壓，其值為V_SEN電壓的1.3倍，而V_L為V_SEN的0.7倍。MBI6650的工作原理為：當(dāng)電源打開(kāi)時(shí)，V_SEN低于V_H，因此MBI6650內(nèi)置的MOSFET開(kāi)啟，此時(shí)電感電流增加連帶使跨在R_SEN兩端的V_SEN隨之增加。當(dāng)V_SEN等于V_H時(shí)，內(nèi)置的MOSFET會(huì)關(guān)閉，此時(shí)電感電流會(huì)透過(guò)二極管(D1)放電而下降，因而使V_SEN電壓隨之下降。而當(dāng)V_SEN電壓等于V_L時(shí)，內(nèi)置的MOSFET又會(huì)再次開(kāi)啟并重復(fù)之前的動(dòng)作。由于磁滯型脈沖頻率調(diào)變的特性，電感電流會(huì)一直維持在連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)，這對(duì)降低LED漣波電流有很大的幫助。

這種控制方式的切換頻率會(huì)隨著負(fù)載電流而變化，電流越大頻率越低。在相同的負(fù)載條件下，電感越大其切換頻率會(huì)越低。MBI6650的切換頻率被控制在40kHz以上以避免音頻噪聲的發(fā)生。

除了可改善輕載時(shí)的效率外，磁滯型脈沖頻率調(diào)變控制方式也具有其它優(yōu)點(diǎn)，例如，由于使用高壓測(cè)電流限制技術(shù)，在限流電阻上所損失的功耗很小，因此可使用較小體積的限流電阻，這對(duì)節(jié)省電路板空間及組件費(fèi)用是有幫助的。

圖3：MBI6650應(yīng)用電路。

圖4：磁滯型脈沖頻率調(diào)變控制方式的波型示意圖。

保護(hù)功能

為確保LED照明系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)器的安全及可靠性，MBI6650同時(shí)提供數(shù)種保護(hù)功能。例如：欠電壓保護(hù)(UVLO)避免讓IC因輸入電壓不足時(shí)出現(xiàn)誤動(dòng)作，它所提供的磁滯電壓可避免開(kāi)機(jī)時(shí)的噪聲干擾。開(kāi)路及短路保護(hù)可保護(hù)驅(qū)動(dòng)器因受故障狀況影響而損傷。同時(shí)MBI6650也提供過(guò)溫度保護(hù)，當(dāng)IC芯片到達(dá)140°C時(shí)，IC即會(huì)自動(dòng)關(guān)閉輸出電流以避免過(guò)熱對(duì)IC產(chǎn)生損傷，而當(dāng)溫度降至95°C時(shí)，IC才又會(huì)再次工作。

本文小結(jié)

在設(shè)計(jì)一款安全且有效的LED照明系統(tǒng)時(shí)，聚積科技推出的MBI6650具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，例如：以磁滯型脈沖頻率調(diào)變技術(shù)提升輕載時(shí)的效率，恒流控制可提升LED的使用壽命，以及提供數(shù)種保護(hù)功能以確保照明系統(tǒng)的安全及可靠性。與傳統(tǒng)型LED驅(qū)動(dòng)器相比，MBI6650的精確輸出電流和高轉(zhuǎn)換效率更適合于LED照明系統(tǒng)的應(yīng)用。