現(xiàn)代高亮度LED驅(qū)動(dòng)電源解決方案

本文演示電源要求如何變化，然后研究新一代集成，高效，緊湊的LED驅(qū)動(dòng)器，非常適合為現(xiàn)代燈具供電。

為更亮的LED提升驅(qū)動(dòng)電流

In在高亮度LED的早期階段，“標(biāo)準(zhǔn)”配置被稱為1瓦設(shè)備，因?yàn)樗ǔＲ?50 mA的正向電流(If)和3.3的標(biāo)稱正向電壓(Vf)驅(qū)動(dòng)。至3.5 V(功耗約為1.2 W)。但這些芯片的功效遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及今天令人印象深刻的設(shè)備;個(gè)別LED可能產(chǎn)生50流明的亮度。

例如，辦公室工作的建議照度約為200至400勒克斯。 (勒克斯是每單位面積光通量的量度。)一個(gè)燈具，在2.5平方米的面積上輸出1000流明，產(chǎn)生400勒克斯。制造具有前代芯片的這種燈具將需要20個(gè)LED。這是一個(gè)復(fù)雜的裝配，具有極具挑戰(zhàn)性的熱管理和電源問題。

發(fā)生了兩件事情，使事情變得更容易。首先，功效得到了顯著改善(參見TechZone文章LED功效改進(jìn)顯示沒有減緩的跡象)，1瓦設(shè)備可以輸出超過100流明。其次，器件可以在更高的電流下安全驅(qū)動(dòng) - 例如，700 mA至5 A - 同時(shí)仍然保持正向電壓在3至12 V范圍內(nèi)。雖然在這些較高的電流下工作會(huì)因“效率下垂”等現(xiàn)象而影響效率(參見TechZone文章“確定LED效率下垂的原因”)，但光通量卻大大增加。

例如，Cree的X-燈XM-L(圖1)可以產(chǎn)生高達(dá)581流明(If = 2 A，Vf = 6 V，功效= 48 lm/W)。該器件是現(xiàn)代LED系列中的典型器件。

圖1：Cree的X-Lamp XM-L可以在高達(dá)2 A的電流下驅(qū)動(dòng)，產(chǎn)量高達(dá)581流明。

歐司朗生產(chǎn)自己的高亮度LED。例如，該公司的Golden DRAGON Plus系列產(chǎn)品輸出為292流明(If = 1 A，Vf = 3.2 V，功效91 lm/W)。 Lumex提供的TitanBrite產(chǎn)品可以產(chǎn)生160流明(If = 700 mA，Vf = 4.6 V，功效50 lm/W)。

更高輸出和增加驅(qū)動(dòng)電流的綜合效果意味著它不會(huì)采用許多現(xiàn)代LED來生產(chǎn)明亮的燈具。只有不到6個(gè)Cree，OSRAM或Lumex的芯片足以打造強(qiáng)大的房間燈。更少的芯片意味著更簡(jiǎn)單的電源。

減少轉(zhuǎn)換器的數(shù)量

以前，當(dāng)需要數(shù)十個(gè)LED達(dá)到可接受的照明水平時(shí)，它們被分成串。為這樣的設(shè)置供電需要三級(jí)電源。第1階段是連接到第2級(jí)的恒壓電源，這是一個(gè)高壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，可產(chǎn)生安全的隔離電壓軌，提供28至60 V DC。

此固定電壓輸出軌然后通過級(jí)3提供每個(gè)串，包括提供調(diào)節(jié)電流的專用DC-DC轉(zhuǎn)換器。根據(jù)第二級(jí)的輸出和LED的正向電壓，轉(zhuǎn)換器可以為8到12個(gè)LED之間的串供電。比這更多的LED意味著更多的串，每個(gè)都有自己的轉(zhuǎn)換器。

更亮的LED的優(yōu)點(diǎn)是可接受的照明水平所需的更少，將系統(tǒng)的尺寸減小到單個(gè)串。這種改變消除了除一個(gè)專用DC-DC轉(zhuǎn)換器之外的所有轉(zhuǎn)換器，從而減少了材料清單(BoM)，提高了可靠性，并使電源設(shè)計(jì)更加容易。另一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)是光均勻性和“顏色”的改善，因?yàn)樗械腖ED都是在同一電流下從單個(gè)轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)的。 (只需要很小的電流變化即可顯著改變高亮度LED的亮度和顏色。)

LED驅(qū)動(dòng)器優(yōu)勢(shì)

使用更亮的LED簡(jiǎn)化了電源，但設(shè)計(jì)師的工作變得更加容易，因?yàn)橛懈鞣N各樣的專業(yè)DC-DC轉(zhuǎn)換器('LED驅(qū)動(dòng)器')來自領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商，他可以圍繞他的電路。這些器件專門用于為最新一代高亮度LED供電。與使用分立元件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換器相比，使用LED驅(qū)動(dòng)器具有許多優(yōu)勢(shì)，例如更簡(jiǎn)單的電路，更少的電路板空間以及更容易的生產(chǎn)組裝。

例如，安森美半導(dǎo)體提供其NCL30000 LED驅(qū)動(dòng)器(圖2)。該公司采用緊湊的8引腳表面貼裝封裝，聲稱NCL30000在單級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)了大于0.95的功率因數(shù)。典型應(yīng)用包括LED驅(qū)動(dòng)電源，基于LED的筒燈，TRIAC可調(diào)光LED燈和功率因數(shù)校正恒壓電源。

參考設(shè)計(jì)可用于驅(qū)動(dòng)4至15個(gè)LED串嘛。該公司表示，它們可以輕松修改，以支持5到30 W的功率水平。

圖2：安森美半導(dǎo)體的NCL30000可以驅(qū)動(dòng)字符串美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的LM3409/09HV提供寬輸入電壓范圍，高端差分電流檢測(cè)，低可調(diào)閾值電壓，快速輸出啟用/禁用功能以及熱增強(qiáng)型eMSOP -10包。該公司表示，這些特性相結(jié)合，使LM3409/09HV成為用作驅(qū)動(dòng)LED的良好解決方案，其中需要高達(dá)5 A的正向電流。

模擬和PWM調(diào)光據(jù)說是易于實(shí)現(xiàn)并產(chǎn)生線性調(diào)光范圍(圖3顯示了典型應(yīng)用)。

圖3：美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體LM3409 LED的典型應(yīng)用電路驅(qū)動(dòng)器。

凌力爾特公司提供了一系列LED驅(qū)動(dòng)器，包括流行的LT3756，一款100 V，高端電流檢測(cè)DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于驅(qū)動(dòng)高電流LED。 LT3756可以從標(biāo)稱12 V輸入驅(qū)動(dòng)多達(dá)20個(gè)1 A白光LED，功率超過70 W.

凌力爾特公司表示LT3756在升壓模式下的效率高達(dá)94%。該公司表示LT3756采用3 x 3 mm QFN或耐熱增強(qiáng)型MSOP-16封裝，提供緊湊型LED驅(qū)動(dòng)器解決方案。 LT3756采用專有的PWM調(diào)光，可提供恒定的LED顏色，調(diào)光范圍高達(dá)3,000：1。