高效的LED功率轉(zhuǎn)換器解析

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，LED技術(shù)也在不斷發(fā)展，為我們的生活帶來(lái)各種便利，為我們提供各種各樣生活信息，造福著我們?nèi)祟?lèi)。LED產(chǎn)品在很多應(yīng)用上正逐步取代白熾光源，由于其節(jié)能效率非常高，已被視為未來(lái)的重點(diǎn)照明技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)字預(yù)計(jì)，高亮度LED市場(chǎng)的銷(xiāo)售總額將會(huì)從2006年的66億美元增加至2011年的106億美元，平均每年增幅達(dá)10.6%。相比傳統(tǒng)的白熾燈技術(shù)，高亮度LED的功耗減少很多，其工作壽命也比白熾燈更長(zhǎng)。同時(shí)，LED產(chǎn)品更環(huán)保。

在過(guò)去的數(shù)10年里，LED僅使用在汽車(chē)警示燈或類(lèi)似的應(yīng)用方面。然而，高亮度LED的面世使這些光源能夠擴(kuò)大到汽車(chē)的內(nèi)部照明上，而且還包括方向燈、尾燈及剎車(chē)燈。最新的發(fā)展是利用高亮度白光LED作為汽車(chē)的白天行車(chē)頭燈，并提供明暗燈兩種功能。由于LED十分省電，維修率低且具備較高的設(shè)計(jì)靈活性，預(yù)計(jì)將有越來(lái)越多的汽車(chē)制造商轉(zhuǎn)用LED技術(shù)提供各種頭燈功能。

LED汽車(chē)頭燈系統(tǒng)的要求

為產(chǎn)生頭燈所需的足夠亮度，有必要使用多個(gè)LED燈。這些LED可以被安排成單一燈串或以3個(gè)~15個(gè)為一組的多條燈串。為了安全起見(jiàn)，最好是將LED驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓限制于60V以下，而LED驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓范圍最少應(yīng)為8V~16V。汽車(chē)LED頭燈一般需要較大輸入電壓范圍，以便在內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)和負(fù)載突降期間提供頭燈功能，具體電壓取決于汽車(chē)制造商，一般為4V~24V甚至36V。

這種應(yīng)用中，可行的拓?fù)浞椒ㄊ巧龎骸⒔祲?升壓及SEPIC。

圖1所示為三種頭燈常用的LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)洹?/p>

圖1最上方的電路為升壓拓?fù)?，這是最簡(jiǎn)單及最高效率的配置，但其缺點(diǎn)是不能為輸出提供完全安全的短路保護(hù)。此外，其輸出電壓必須高于輸入電壓，并需視LED的安排而定，因此有可能形成限制。圖1中間的電路為SEPIC拓?fù)?。這種方法可提供短路保護(hù)及寬廣的輸入和輸出電壓范圍，而且輸出電壓可高于或低于輸入電壓。然而SEPIC拓?fù)涞娜秉c(diǎn)是其對(duì)功率組件的要求比升壓及降壓/升壓的要高。

圖1最下方的電路是建立在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的低邊升壓控制器基礎(chǔ)上的降壓/升壓浮動(dòng)拓?fù)?，它可以將?fù)載的能量送返到輸入。在這個(gè)特殊的配置中，一個(gè)高邊電流傳感放大器負(fù)責(zé)感測(cè)LED的電流。和傳統(tǒng)的降壓/升壓拓?fù)湟粯樱姼衅麟娏飨喈?dāng)于LED電流/(1-占空比)。但這種配置當(dāng)遇到短路接地時(shí)不能為輸出提供完全的短路保護(hù)。

典型的設(shè)計(jì)實(shí)例

對(duì)于汽車(chē)LED頭燈來(lái)說(shuō)，直至現(xiàn)在還未能確定哪一種功率轉(zhuǎn)換拓?fù)洳抛钸m合它。對(duì)美國(guó)國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體最近推出的一款高功率LED控制器LM3421來(lái)說(shuō)，它能適用于所有拓?fù)?。該控制器適合恒流升壓、SEPIC、降壓/升壓及反激拓?fù)?，而且還提供了各種不同拓?fù)涞膮⒖荚O(shè)計(jì)。例如，圖2中的LM3421低邊控制器是恒流SEPIC應(yīng)用的實(shí)例，該電路具備高速的調(diào)光功能。

雖然市面上有很多其它的低邊功率控制器，但LM3421是專為高亮度LED應(yīng)用而設(shè)計(jì)，并且可分別為數(shù)字調(diào)光或仿真調(diào)光提供快速的數(shù)字調(diào)光功能及準(zhǔn)確的高邊電流感測(cè)。配合高邊電流感測(cè)，LED驅(qū)動(dòng)器在驅(qū)動(dòng)器與LED之間只需使用一條接線。接地回路方面，并不一定需要路由回到LED驅(qū)動(dòng)器，而是可以通過(guò)車(chē)身進(jìn)行接地。高開(kāi)關(guān)頻率讓設(shè)計(jì)人員可使用較細(xì)小的外部功率級(jí)組件，而強(qiáng)大的MOSFET驅(qū)動(dòng)器能力及低靜態(tài)電流則促成了高效率的功率轉(zhuǎn)換。

“預(yù)測(cè)性關(guān)斷時(shí)間”控制模式應(yīng)該算是LM3421解決方案的最大優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的PWM電流模式控制相比，這種模式在沒(méi)有定時(shí)情況下，預(yù)測(cè)性關(guān)斷時(shí)間控制在任何占空比時(shí)均不會(huì)出現(xiàn)電流模式的不穩(wěn)定現(xiàn)象，同時(shí)它還允許不能在定時(shí)電流模式系統(tǒng)中(尤其是升壓拓?fù)?實(shí)現(xiàn)的占空比及電壓轉(zhuǎn)換率。此外，這種控制也無(wú)需進(jìn)行斜率補(bǔ)償。針對(duì)那些需要更多功能要求的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，LM3423可以派上用場(chǎng)。該器件擁有一系列的額外功能，包括LED輸出狀態(tài)標(biāo)記、故障標(biāo)記、可編程的故障定時(shí)器，以及一個(gè)可選擇調(diào)光輸出驅(qū)動(dòng)器極性的邏輯輸入。

LED車(chē)頭燈已整裝待發(fā)

第一輛純LED頭燈汽車(chē)已由一間德國(guó)車(chē)廠于2008年夏季進(jìn)行投產(chǎn)，其后雖有不少制造商紛紛積極研發(fā)并準(zhǔn)備生產(chǎn)，可是直到目前為止，仍有一些障礙使LED頭燈未能破繭而出，這包括光度輸出能力、高亮度LED的效率及驅(qū)動(dòng)電路的發(fā)展。

不過(guò)，如今的高亮度LED的亮度已經(jīng)一代比一代出色，一些優(yōu)秀的功率轉(zhuǎn)換電路使得在驅(qū)動(dòng)LED方面獲得極大的改進(jìn)且更容易實(shí)現(xiàn)?；谶@些發(fā)展，相信LED頭燈將會(huì)越來(lái)越盛行。雖然LED在生活中處處可見(jiàn)，但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計(jì)人員擁有更加專業(yè)的知識(shí)儲(chǔ)備，這樣才能設(shè)計(jì)出更加符合生活所需的產(chǎn)品。