解密!LED照明驅(qū)動(dòng)的選擇與設(shè)計(jì)技巧
一、LED驅(qū)動(dòng)器通用要求
led 的排列方式及LED光源的規(guī)范決定著基本的驅(qū)動(dòng)器要求。LED 驅(qū)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(qū)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。
值得一提的是,在LED 照明設(shè)計(jì)中,AC-DC 電源轉(zhuǎn)換與恒流驅(qū)動(dòng)這兩部分電路可以采用不同配置:
(1)整體式(integral)配置,即兩者融合在一起,均位于照明燈具內(nèi),這種配置的優(yōu)勢(shì)包括優(yōu)化能效及簡(jiǎn)化安裝等;
?。?)分布式(distributed)配置,即兩者單獨(dú)存在,這種配置簡(jiǎn)化安全考慮,并增加靈活性。
二、如何選擇LED驅(qū)動(dòng)方式
如今在市場(chǎng)上典型的LED驅(qū)動(dòng)器包括兩類,即線性驅(qū)動(dòng)器和開關(guān)驅(qū)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(yīng)用采用開關(guān)穩(wěn)壓器,因?yàn)榫€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,既可以采用線性穩(wěn)壓器,也可以采用開關(guān)穩(wěn)壓器。
開關(guān)穩(wěn)壓器的能效高,且提供極佳的亮度控制。線性穩(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。
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)圖3。
例如在采用DC-DC電源的LED照明應(yīng)用中,可以采用的LED驅(qū)動(dòng)方式有電阻型、線性穩(wěn)壓器及開關(guān)穩(wěn)壓器等,基本的應(yīng)用示意圖見(jiàn)圖4。
電阻型驅(qū)動(dòng)方式中,調(diào)整與LED 串聯(lián)的電流檢測(cè)電阻即可控制LED 的正向電流,這種驅(qū)動(dòng)方式易于設(shè)計(jì)、成本低,且沒(méi)有電磁兼容(EMC)問(wèn)題,劣勢(shì)是依賴于電壓、需要篩選(binning) LED,且能效較低。
線性穩(wěn)壓器同樣易于設(shè)計(jì)且沒(méi)有EMC 問(wèn)題,還支持電流穩(wěn)流及過(guò)流保護(hù)(fold back),且提供外部電流設(shè)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。開關(guān)穩(wěn)壓器通過(guò)PWM 控制模塊不斷控制開關(guān)(FET)的開和關(guān),進(jìn)而控制電流的流動(dòng)。
開關(guān)穩(wěn)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(duì)較高,復(fù)雜度也更高,且存在電磁干擾(EMI)問(wèn)題。LED DC-DC 開關(guān)穩(wěn)壓器常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級(jí)電感轉(zhuǎn)換器(SEPIC)等不同類型。
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(jié)構(gòu),如采用24 Vdc 驅(qū)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(jié)構(gòu),如采用12 Vdc 驅(qū)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(jié)構(gòu),如采用12 Vdc 或12 Vac 驅(qū)動(dòng) 4 顆串聯(lián)的LED,但這種結(jié)構(gòu)的成本及能效最不理想。