LED 光源工作原理及關(guān)鍵因素分析
LED 光源工作的主要參數(shù)是VF、IF，其它相關(guān)的是顏色/色溫/波長(zhǎng)/亮度/發(fā)光角度/效率/功耗等。LED 是一個(gè)P-N 結(jié)二極管，只有施加足夠的正向電壓才能傳導(dǎo)電流，VF 正向電壓是為L(zhǎng)ED 發(fā)光建立一個(gè)正常的工作狀態(tài)，IF 正向電流是促使LED 發(fā)光，發(fā)光亮度與流過的電流成正比例。白光LED VF 標(biāo)稱電壓：3.4V± 0.2V 。LED 光源在大批量生產(chǎn)時(shí)，每一批LED 的VF 具有一定的離散性，為了客戶使用時(shí)需要的一致性，LED 出廠時(shí)必需按不同的VF 分檔出售；客戶訂購時(shí)同一批燈具需用的LED 光源必需選用同一檔次VF 的或相鄰檔次的，否則會(huì)影響同一批生產(chǎn)的LED 燈具亮度有差異；LED IF 工作電流按應(yīng)用需要選用，不同的電流檔次不能混用。 LED光源驅(qū)動(dòng)電路 圖2 PT4115LED 光源驅(qū)動(dòng)電路 Cin 是輸入濾波電容，Rs 設(shè)定流過LED 的電流IF，Rs=0.1/ILED；L 是續(xù)流電感，D5 是續(xù)流二極管。因適配器已提供12V 的直流電壓，原圖為交流電壓輸入整流 表1 關(guān)鍵元器件的選擇 幾點(diǎn)關(guān)鍵技術(shù) 電感的DCR 越小，效率越高。建議選用EPC13 錳鋅4000 磁芯。電感器的飽和電流選小了，D5 肖特基二極管的電流選小了，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電路的續(xù)流不足，LED 光源會(huì)產(chǎn)生人眼可見的閃光。將電感器的飽和電流和肖特基二極管的電流適當(dāng)增大即可增大整個(gè)電路的續(xù)流電流，消除因此產(chǎn)生的閃光。
LED 光源的驅(qū)動(dòng)電路就是把12V 直流電壓變換成穩(wěn)定的恒流源，電路的設(shè)計(jì)本著刪繁就簡(jiǎn)、節(jié)省成本的原則，應(yīng)該從能完成這個(gè)電路設(shè)計(jì)要求的眾多LED驅(qū)動(dòng)芯片中選擇集成度高、性能較好、應(yīng)用電路簡(jiǎn)單、價(jià)格較平的性價(jià)比有優(yōu)勢(shì)的芯片。因此選擇驅(qū)動(dòng)電路周邊器件少的驅(qū)動(dòng)芯片是生產(chǎn)成本的首要考量。
PT4115 用在1—6W 的白光LED 光源驅(qū)動(dòng)方案時(shí)只需要四個(gè)零件（圖2），
用的橋式整流器D1-D4 可省略。雖然零件少了但對(duì)零件的要求高了，設(shè)計(jì)時(shí)要按表1 提示的要求選用，才能使電路進(jìn)入良好的工作狀態(tài)。PT4115 的開關(guān)頻率采用抖頻技術(shù)有效降低EMI，省略了抗EMI 電路。
LED 光源驅(qū)動(dòng)芯片的恒流精度對(duì)于LED 燈具生產(chǎn)廠家而言是至關(guān)重要的，目前LED 光源驅(qū)動(dòng)IC 的恒流精度批量生產(chǎn)時(shí)都會(huì)有一定的離散性，LED 燈具生產(chǎn)廠家在批量生產(chǎn)調(diào)試時(shí)，同樣的電源、同樣的LED 光源負(fù)載、同樣的恒流源電源板，因同一型號(hào)的不同驅(qū)動(dòng)IC 其恒流精度的個(gè)性差異會(huì)導(dǎo)致恒流源電源板輸出電流產(chǎn)生一定的公差，會(huì)使同一LED 光源負(fù)載的發(fā)光亮度有所不同，這就會(huì)增加恒流源電源板大批量生產(chǎn)時(shí)在線調(diào)試的時(shí)間，影響生產(chǎn)力。因此，恒流源電源板生產(chǎn)廠家應(yīng)選用恒流精度高的驅(qū)動(dòng)IC，恒流精度至少要小于±3%，如是±1%更理想，但其價(jià)格會(huì)高于±3%的產(chǎn)品。
1）電感的選擇
以3X1W的高亮度白光LED光源的設(shè)計(jì)案例而言，三個(gè)1W的LED光源串聯(lián)， 其工作電流可設(shè)計(jì)為300-350mA，L的電感量應(yīng)選用68uH—100uH，Q 值大于50，飽
和電流大于800mA 的磁路閉合電感器。PT4115 的設(shè)計(jì)最佳工作頻率在1MHz 以下，電感量大了小會(huì)影響其工作頻率，本方案的電感設(shè)計(jì)在68uH 以上，這樣系統(tǒng)工作頻率可以控制到1MHz 以下。電感量小了，工作頻率趨高，由于PT4115內(nèi)部電流檢測(cè)電路響應(yīng)速度限制，對(duì)內(nèi)部電流正常檢測(cè)出現(xiàn)影響，不能更好的實(shí)現(xiàn)對(duì)內(nèi)部開關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。另外由于高頻率會(huì)帶來較大的開關(guān)損耗，使芯片運(yùn)行在較高的結(jié)溫下，電應(yīng)力加大，不利于穩(wěn)定工作。電感量太小還會(huì)導(dǎo)致PT4115的SW 端燒壞，而無輸出。
2）適配器（Adapter）的選擇
適配器（Adapter）為本方案LED 臺(tái)燈提供穩(wěn)定的交流電源->交直流降壓變換，它的實(shí)時(shí)帶載輸出能力將影響本方案LED 臺(tái)燈的性能，用于本方案3X1W 白光LED 臺(tái)燈的適配器，它在帶載時(shí)輸出電流應(yīng)大于1A，電壓應(yīng)穩(wěn)定在DC12V。有些帶載能力差的適配器，連接上本方案LED 光源負(fù)載時(shí)，其實(shí)時(shí)輸出電壓會(huì)跌落到7V，甚至6.5V，對(duì)于工作電壓從8V 開始的LED 驅(qū)動(dòng)IC，屆時(shí)會(huì)進(jìn)入欠壓保護(hù)狀態(tài)而停止工作，一旦驅(qū)動(dòng)IC 停止工作，電壓又回升至12V，LED 驅(qū)動(dòng)IC 再次進(jìn)入工作狀態(tài)，如此周而復(fù)始，使LED 臺(tái)燈出現(xiàn)人眼可見的閃光。此時(shí)，只有更換帶載能力好的適配器才能使LED 臺(tái)燈正常工作。同時(shí)應(yīng)選用工作電壓范圍自6V 初始的LED 驅(qū)動(dòng)IC，也可降低對(duì)適配器選擇要求，以降低生產(chǎn)配套成本。
3）關(guān)于EMI 的傳導(dǎo)與輻射
本LED 臺(tái)燈方案總體設(shè)計(jì)時(shí)要考慮能過EMI 的傳導(dǎo)與輻射，過EMI 的傳導(dǎo)與輻射的關(guān)鍵是電源變換器，因此要選用能過EMI，甚至能過CE、UL 的適配器來配套，以利生產(chǎn)的LED 臺(tái)燈能出口歐美日市場(chǎng)。恒流源電源板因使用的驅(qū)動(dòng)IC是DC/DC 開關(guān)器件，工作時(shí)開關(guān)頻率會(huì)輻射，因此內(nèi)置在臺(tái)燈底座金屬殼內(nèi)可有效降低輻射，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮金屬底座內(nèi)的磁路屏蔽。
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