当前位置:首页 > 业务领域 > 污泥处理 >

官方入口|基于升降压转换器的LED照明驱动器设计

编辑:亚博网页版登录 来源:亚博网页版登录 创发布时间:2020-09-23阅读5015次
  

基于乘载力转换器的LED灯光驱动器设计虽然在输入电压有可能低于也有可能高于输出电压时,峰值电流模式掌控的非倒数乘载力转换器是LED驱动器的一个不俗自由选择。但是,使用这种乘载力转换器来设计驱动器时,LED电压的变化不会转变LED电流,LED开路将造成输入末端产生过低的电压,从而损毁转换器。本文将详尽辩论这种用作LED的转换器设计,并得出多种解决其固有缺点的方法。

  发光二极管(LED)的应用于有数很多年,随着近期技术的变革,它们于是以渐渐沦为灯光市场中强有力的竞争者。新的高亮度LED具备很长的寿命(大约10万小时)和很高的效率(大约30照度/瓦)。过去三十多年来,LED的光输入亮度每l8~24个月之后不会翻一番,而且这种增长势头还不会持续下去,这种趋势称作Haitz定律,相等于LED的摩尔定律。

  从电气上来说,LED与二极管类似于,它们也是单向导电(尽管它们的偏移切断能力并不好,低的偏移电压很更容易损毁(LED),并具备与常规二极管类似于的较低动态电阻V-I特性。另外,LED一般都有安全性导通时的额定电流(高亮度LED的额定电流一般为350mA或700mA)。

通过额定电流时,LED相反压降的差异有可能较为大,一般来说350mA白光LED的压降在3~4V之间。  驱动LED必须可控的DC电流。为了使LED的使用寿命宽些,LED电流中的纹波必需很低,因为低纹波电流不会使LED产生较小的阻性功耗,减少LED使用寿命。

LED驱动电路必须更高效率,因为总体效率不仅各不相同LED本身,也与驱动电路有关。而工作于电流掌控模式的电源转换器是符合LED应用于的高功率及高效率拒绝的理想驱动方案。  驱动多个LED也必须细心考虑到。

图1是LED的串并联相连电路。其中图1(a)为LED的并联相连电路。图1(h)是LED的串联相连电路。

由于各个LED的动态电阻和相反压降不完全相同,因此,如果没外部皆东流电路(如电流镜像),就不有可能确保流到LED上的电流完全相同;此外,由于一个LED经常出现故障将使LED串插入,从而导致所有LED电流在只剩的LED串之间分配,这将造成LED串上的电流减小,从而有可能损毁LED。因此,出于上面两个原因,设计时一般不必如图1(a)那样的并联LED电路。

              因此,更佳的作法是将LED串联一起。但该方法的缺点是,如果一个LED经常出现故障,则整个LED串将暂停工作。

让只剩的LED串之后工作的一个非常简单办法是将一个齐纳二极管(其额定电压小于LED的最低电压)与每个(或每组)LED并联,如图1(b)右图。这样,任何一个LED再次发生故障后,其电流都会流到适当的齐纳二极管上,LED串的其余部分仍可长时间工作。  基本的单阶电源转换器可分成三类:升压转换器、降压转换器和乘载力转换器。当LED串的电压高于输出电压时,升压转换器图2(a)是理想的自由选择;当输出电压总是高于串输入电压时,则用于降压转换器较为适合图2(b);当输入电压有可能低于也有可能高于输出电压时(由输入或输出变化引发),则使用乘载力转换器图2(c)较为适合。

降压转换器的缺点是,输出电压的任何瞬变(可使输出电压增高并多达输入电压)都会造成LED上流过相当大电流(由于阻抗的较低动态电阻),从而损毁LED。乘载力转换器也可替换降压转换器,因为输出电压的瞬变会影响LED电流。乘载力转换器的工作原理  对于低电压应用于中的LED驱动器,乘载力转换器是一种不俗的自由选择。

其原因有它们能用低于和高于输出电压的电压来驱动LED串(降压和升压)、效率很高(很更容易抵达85%以上)、非倒数工作模式可抑制输出电压的变化(获取优良的线电压调节)、峰值电流掌控模式容许转换器调节LED电流,而需要简单的补偿(修改设计)、很更容易构建线性和PWMLED亮度调节、电源晶体管过热会损毁LED等等。图2得出了升压、降压和乘载力转换器与LED串的相连电路。  但是,这种方法仍有缺点:一是峰值电流可控问题,因为使用非倒数电流模式的乘载力转换器是一种功率恒定的转换器。

因此,LED串电压的任何变化都会引发LED电流的适当转变;另一个问题是LED开路状态不会在电路中产生损毁转换器的高电压;此外,还必须额外的电路将恒定功率转换器改变为恒定电流转换器,并必须在无阻抗情况下维护转换器。  图3右图为明确的乘载力转换器应用于电路,该控制器内置了用作原作电源频率的振荡器。

亚博网页版登录

在电源周期之初,Q1导通。由于输出电压VIN加于电感上,电感电流(iL(t))开始从零(初始稳定状态)开始下降。当感应电流下降至预先原作的电流值(ipk)时,Q1重开。

电源导通时间(ton)由下式确认:          ton=ipkL/VIN  此时,存储在电感内的总能量(J)为:  J=Li2pk/2  这样,尽管此时电源不会重开,但流经电感的电流并会中断。这不会使二极管D1导通,并在电感两端产生输入电压(-Vo),这个胜电压不会造成电感电流很快上升。

经过一定时间tOFF后,电感电流渐趋零。此时间可通过下列公式来计算出来:  tOFF=ipkL/VO  为使转换器工作在非倒数导通模式下,电源导通时间与电感电流下降时间的总和必需大于或相等电源周期TS,以便保证在下一个电源周期时,电感电流需要从零开始。  事实上,在输出电压大于和输入电压仅次于的情况下,(tON+tOFF)可获得最大值。

因此,保证在这些电压下转换器工作于非倒数导通模式可确保在任何情况下都能符合下式所列的条件:tON+tOFFTs  转换器从输出末端取得的功率(Pin)电感中的能量与电源频率f的乘积:即:  Pin=fsLi2pk/2  假设LED串的电压(VO)恒定且效率为100%,那么LED的电流(iLED)为:  iLED=PIN/VLED=Li2pkfs/2V  在峰值电流掌控模式下,ipk一般来说是一个固定值。因此,LED电流几乎独立国家(理论上)于输出电压。在相同的ipk下,输出电压的下降(上升)不会引发晶体管的导通时间成反比例增加(减少),这将获取很好的线电压调节。

在实际应用于中,从掌控IC检测到电流峰值到GATE插槽实际变频器之间的延后不会引发输出功率变化。导通时间较短不会由于延迟时间而经常出现更加多误差,因为延迟时间将不会占到导通时间相当大的部分。

  实质上,LED电流与LED串的电压成反比。一个标称输入为20V和350mA的电路,将在10V输入电压时产生700mA的电流,这似乎不是希望的结果。但是,通过使电源频率与输入电压成正比,上述公式获取了一种将恒定功率转换器切换为恒定电压转换器的方法。

  假设fs=KVO,其中K是常数,那么有:  iLED=kLi2pk/2  这样,iLED将独立国家于输出和输入电压。  回扫转换器的另一个缺点是它易受输入开路状态的影响。当LED开路时,存储在电感内的能量在每次电源导通时间的最后都会被移往到输入电容里。这样,缺乏电容静电的阻抗将造成电容两端的电压渐渐下降,最后多达器件的标称值并损毁功率级。

因此,可通过增加额外电路来获取输入电压对系统及过压维护。输入电压对系统  图4是一个可实现过压维护和LED开路维护的额外电路。实质上,很多峰值电流模式控制器IC都具备专用的RT插槽。

与该插槽连接的电阻能用来设置内部电流,其内部电流用来给振荡器电容(可以是内部或外部)电池。振荡器电容上的斜坡电压掌控电源频率,这样,电源频率与RT插槽的输入电流成正比。电阻就越小(大),电流就越大(小),电源频率也就越高(较低)。

基于这一原理,可利用输入电压对系统来调整电源频率。         在图4右图电路中,电阻R3和R4包含一个分压器。

R4上的电压乘以晶体管Q2基极和发射极之间的压降(Vbe)就是R5上的电压。因此,流经R5的电流(IR5)为:          该电流是利用给定的晶体管对从掌控IC的插槽RT取得的。

  图4中的电阻R2用作启动转换器。在启动状态下,输入电压为零,因而IR5也为零。

由于没来自控制器RT插槽的电流,所以转换器无法启动。减少电阻R2可以在启动状态下取得一小部分电流,并使R2的大小符合:  IR5V(RT)/R2  其中V(RT)是控制器RT插槽上的电压。符合该条件可保证转换器的启动,并将R2带给的误差降到低于。

如中选R3=R4,则有:  IR5VO/2R5  这里假设输入电压比Q2的基极-发射极压降小得多。  这样,根据以上各公式之后可以获得输入LED电流为:  iLED=KICLi2pk/(22R5)  这样,LED电流将仍然要求于输出或输入电压。

使用电阻R6、晶体管Q3和齐纳二极管D2可减少过压维护功能。在LED开路状态下,当电源导通时,电感存储能量,当电源重开时,该能量转移到输入电容上。因为没充足的阻抗可供电容静电,输入电压在每个周期都会渐渐增高。

当电压增高到多达齐纳二极管的导通电压时,由D2和R6构成的齐纳二极管分支电路开始导通。这也获取了一条通过Q3基极电流的路径,使Q3导通。此时,电阻R4实质上被短路。

因此,Q2的基极发射极的PN结将重开,造成R5上的电流为零。这将暂停控制器的内部波动直到输入电压降至齐纳二极管电压以下,以上过程之后展开。这种猝发模式可将LED开路状态下的平均功率降到大于。

这种过压维护方法将强迫掌控IC转入低频、较低功率的工作模式。  齐纳二极管电阻分支电路上的电流必需能在R6上产生充足大的电压,以便为晶体管基极-发射极之间的PN结获取偏置。

结束语  在具有输入电流对系统的电源LED驱动器中,一般还必须对系统补偿来平稳转换器,并调节电流以超过希望的电流值。这些对系统方案的瞬态号召性能是受限的,无法符合LED的PWM亮度调节所必须的较慢进/关口瞬态号召。然而,本文所叙述的转换器并不拒绝任何对系统补偿。该掌控方案所用的唯一对系统信息是通过传感电阻取得流经MOSFET的峰值电流。

因为转换器在每个周期都存储所需的能量,所以它可以对瞬态作出即时号召。因此它可以很便利地与PWM亮度调节方案一起工作。

  乘载力转换器是较低直流电力输出LED驱动器的有效地解决方案,无论输入电压低于还是高于输出电压,它都可以驱动LED串。此外,还可在转换器中减少小型而便宜的额外电路以解决阻抗调节和无阻抗状态下的问题。该转换器更容易构建,且在峰值电流模式掌控时需要展开对系统补偿没计。它所具备的开环特性也使之沦为那些必须PWM亮度调节的应用于中的理想自由选择。

:亚博网页版登录。

本文来源:亚博|网页版登录-www.carbank-shop.com

0168-128469555

联系我们

Copyright © 2010-2014 无锡市亚博网页版登录入口科技股份有限公司 版权所有  苏ICP备59689823号-7