當(dāng)前位置:首頁(yè) > 電源 > 電源-LED驅(qū)動(dòng)
[導(dǎo)讀]導(dǎo)讀:在進(jìn)行LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)理想的電源是成本不高,效率能到達(dá)100%,并且不占用空間,事實(shí)上它面對(duì)更大的預(yù)算壓力,因?yàn)閭鹘y(tǒng)的照明技術(shù)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了商品化,其價(jià)格已經(jīng)非

導(dǎo)讀:在進(jìn)行LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)理想的電源是成本不高,效率能到達(dá)100%,并且不占用空間,事實(shí)上它面對(duì)更大的預(yù)算壓力,因?yàn)閭鹘y(tǒng)的照明技術(shù)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了商品化,其價(jià)格已經(jīng)非常低廉。所以,花好預(yù)算下的每一分錢都非常重要。

半導(dǎo)體照明這一新興領(lǐng)域的出現(xiàn),使同時(shí)專長(zhǎng)于電力電子學(xué)、光學(xué)和熱管理學(xué)(機(jī)械工程)這三個(gè)領(lǐng)域的工程師成為搶手人才。目前,在三個(gè)領(lǐng)域都富有經(jīng)驗(yàn)的工程師并不很多,而這通常意味著系統(tǒng)工程師或者整體產(chǎn)品工程師的背景要和這三大領(lǐng)域相關(guān),同時(shí)他們還需盡可能與其他領(lǐng)域的工程師協(xié)作。系統(tǒng)工程師常常會(huì)把自己在原有領(lǐng)域養(yǎng)成的習(xí)慣或積累的經(jīng)驗(yàn)帶入設(shè)計(jì)工作中,這和一個(gè)主要研究數(shù)字系統(tǒng)的電子工程師轉(zhuǎn)去解決電源管理問(wèn)題時(shí)所遇到的情況相似:他們可能依靠單純的仿真,不在試驗(yàn)臺(tái)上對(duì)電源做測(cè)試就直接在電路板上布線,因?yàn)樗麄儧](méi)有認(rèn)識(shí)到:開關(guān)穩(wěn)壓器需要仔細(xì)檢查電路板布局;另外,如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試,實(shí)際的工作情況很難與仿真一致。

在設(shè)計(jì)LED燈具的過(guò)程中,當(dāng)系統(tǒng)架構(gòu)工程師是位電子電力專家,或者電源設(shè)計(jì)被承包給一家工程公司時(shí),一些標(biāo)準(zhǔn)電源設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的習(xí)慣就會(huì)出現(xiàn)在LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)中。一些習(xí)慣是很有用的,因?yàn)閘ed驅(qū)動(dòng)器在很多方面與傳統(tǒng)的恒壓源非常相似。這兩類電路都工作在較寬的輸入電壓范圍和較大的輸出功率下,另外,這兩類電路都面對(duì)連接到交流電源、直流穩(wěn)壓電源軌還是電池上等不同連接方式所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。

電力電子工程師習(xí)慣于總想確保輸出電壓或電流的高精確度,但這對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)而言并不是很好的習(xí)慣。諸如FPGA和DSP之類的數(shù)字負(fù)載需要更低的核心電壓,而這又要求更嚴(yán)格的控制,以防止出現(xiàn)較高的誤碼率。因此,數(shù)字電源軌的公差通常會(huì)控制在±1%以內(nèi)或比它們的標(biāo)稱值小,也可用其絕對(duì)數(shù)值表示,如0.99V至1.01V.在將傳統(tǒng)電源的設(shè)計(jì)習(xí)慣引入LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)領(lǐng)域時(shí),通常帶來(lái)的問(wèn)題是:為了實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流公差的嚴(yán)格控制,將浪費(fèi)更多的電力并使用更昂貴的器件,或者二者兼而有之。

成本壓力

理想的電源是成本不高,效率能達(dá)到100%,并且不占用空間。電力電子工程師習(xí)慣了從客戶那里聽取意見(jiàn),他們也會(huì)盡最大力量去滿足那些要求,力圖在最小的空間和預(yù)算范圍內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在進(jìn)行LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)時(shí)也不例外,事實(shí)上它面對(duì)更大的預(yù)算壓力,因?yàn)閭鹘y(tǒng)的照明技術(shù)已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了商品化,其價(jià)格已經(jīng)非常低廉。所以,花好預(yù)算下的每一分錢都非常重要,這也是一些電力電子設(shè)計(jì)師工程師被老習(xí)慣“引入歧途”的地方。

要將LED電流的精確度控制到與數(shù)字負(fù)載的供電電壓的精度相同,則會(huì)既浪費(fèi)電,又浪費(fèi)成本。100mA到1A是當(dāng)前大多數(shù)產(chǎn)品的電流范圍,特別是目前350mA(或者更確切地說(shuō),光電半導(dǎo)體結(jié)的電流密度為350mA/mm2)是熱管理和照明效率間常采納的折衷方案。控制LED驅(qū)動(dòng)器的集成電路是硅基的,所以在1.25 V的范圍內(nèi)有一個(gè)典型的帶隙。要在1.25V處達(dá)到1%的容差,亦即需要±12.5mV的電壓范圍。這并不難實(shí)現(xiàn),能達(dá)到這種容差或更好容差范圍的低價(jià)電壓參考電路或電源控制IC種類繁多,價(jià)格低廉。當(dāng)控制輸出電壓時(shí),可在極低功率下使用高精度電阻來(lái)反饋輸出電壓(如圖1a所示)。為控制輸出電流,需要對(duì)反饋方式做出一些調(diào)整,如圖1b所示。這是目前控制輸出電流的唯一且最簡(jiǎn)單的手段。

圖1a:電壓反饋; 圖1b:電流反饋

深入研究之后,就會(huì)發(fā)現(xiàn)這種做法的一個(gè)主要缺點(diǎn)是:負(fù)載和反饋電路二者是完全相同的。參考電壓被加在與LED串聯(lián)的一個(gè)電阻上,這意味著參考電壓或LED電流越高,電阻消耗的功率越大。所以,第一代專用LED驅(qū)動(dòng)集成電路的參考電壓要遠(yuǎn)低于現(xiàn)在的產(chǎn)品,這類似于電池充電器。電壓更低意味著功耗更低,也意味著更小、更便宜、更低損耗的電流檢測(cè)電阻。在圖1b所示的簡(jiǎn)單的低端反饋環(huán)境下,200mV是常規(guī)的電壓選擇。但是,要在200mV參考電壓下實(shí)現(xiàn)±1%的容差,則需要一個(gè)價(jià)格很高的集成電路,此時(shí)相對(duì)于標(biāo)稱參考電壓的容差為±2mV.盡管這并不是不可能實(shí)現(xiàn)的,不過(guò)更高的精度需要更高的成本?!?mV的容差需要高精度電壓參考所需的生產(chǎn)、測(cè)試和分檔技術(shù),此時(shí),附加成本應(yīng)花費(fèi)在更智能的LED驅(qū)動(dòng)器上。新的費(fèi)用的價(jià)值是增加了一個(gè)反饋回路,借助該回路,可以利用光輸出(而非電流輸出)來(lái)控制如何驅(qū)動(dòng)LED.

測(cè)量光輸出

就像數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)師在電源設(shè)計(jì)中遇到不確定問(wèn)題時(shí)會(huì)采取仿真解決問(wèn)題那樣,電力電子工程師出身的系統(tǒng)架構(gòu)師在進(jìn)行LED燈具設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)想到高精度的輸出。LED制造商已經(jīng)清楚的表明,光通量與前向電流成正比。利用相同的電流驅(qū)動(dòng)所有LED,那么每個(gè)LED會(huì)產(chǎn)生相同的光通量。因此,電力電子工程師就會(huì)得出結(jié)論:高精確度的電流是必須的。這樣一來(lái),他們就忘記了光輸出的流明和勒克斯值(而不是安培值)才是重點(diǎn)。測(cè)量電流是很容易的,而相對(duì)的,測(cè)量光則需要昂貴的大型設(shè)備,如圖2所示的積分球,而大部分電子工程師對(duì)積分球都不太了解。

圖2:光學(xué)積分球截面圖

另外,即使容差為±0.1%的電流源(其價(jià)格會(huì)相當(dāng)高)有巨大的市場(chǎng)價(jià)值,它對(duì)在實(shí)際光輸出中產(chǎn)生嚴(yán)格的容差值上沒(méi)有什么作用。通過(guò)觀察LED 光通量的分檔可以確定這一點(diǎn)。表1給出了世界三大頂級(jí)電力光電半導(dǎo)體制造商的高端冷白光LED在350mA和25?C條件下的光通量分檔結(jié)果。注意最后一列是各分檔的容差平均值,而不是所有光通量分檔范圍內(nèi)的容差。

表1 世界三大頂級(jí)電力光電半導(dǎo)體制造商的高端冷白光LED在350 mA和25?C下的光通量分檔結(jié)果。

計(jì)算光輸出精度

了解到來(lái)自單個(gè)通量分檔的LED光輸出會(huì)有±3%到±10%的容差之后,系統(tǒng)工程師可能會(huì)因此得出結(jié)論:驅(qū)動(dòng)電流容差值必須是越嚴(yán)格越好。然而從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度來(lái)看,該觀點(diǎn)并不正確。一個(gè)常見(jiàn)的但不正確的假設(shè)是:任何值的整體容差都等于最壞條件下各值的簡(jiǎn)單累加。為L(zhǎng)ED供電的電流源的容差和LED 光通量的容差是互不相關(guān)的 - 它們?cè)谧畛蹼A段就已相互獨(dú)立。對(duì)于不相關(guān)的兩個(gè)因子X(jué)和Y,整體容差Z并不是X和Y的容差之和,而是應(yīng)該利用下述表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算:

表2和圖3給出了整體容差和假設(shè)電流源容差的對(duì)比情況,此時(shí)假設(shè)LED光輸出在350mA的區(qū)域內(nèi)隨前向電流呈線性變化。

圖3:整體容差和假設(shè)電流源容差的對(duì)比情況。

根據(jù)方程(1)可以發(fā)現(xiàn),最低容差因子的作用大于其他,而且實(shí)際的整體容差值要遠(yuǎn)優(yōu)于各個(gè)因子在最壞情況下的容差和,尤其是當(dāng)其中一個(gè)因子遠(yuǎn)好于其他因子時(shí)。由圖3可知,電流源容差的最合理目標(biāo)是將其控制在LED光輸出的容差范圍內(nèi)。請(qǐng)記住:出于成本考慮,許多燈具會(huì)使用來(lái)自不同分檔的LED.表3列出了相同LED所具有的最高兩檔、三檔、四檔光通量分檔下的容差值。

表3 相同LED所具有的最高兩檔、三檔、四檔光通量分檔下的容差值

調(diào)光控制

LED制造商和他們的分銷伙伴正努力地改進(jìn)產(chǎn)品的光通量容差,在合理的成本范圍內(nèi)提供更細(xì)的分檔。對(duì)于那些希望產(chǎn)品可使用5年或50,000個(gè)小時(shí),并在使用期內(nèi)保持整體光輸出不變的設(shè)計(jì)師而言,即使想滿足最密集的通量分檔和設(shè)定0.1%的容差電流源也很難實(shí)現(xiàn)。因?yàn)闊崃亢碗S著時(shí)間延長(zhǎng)而產(chǎn)生的性能衰減等兩個(gè)重要因素會(huì)降低LED的光通量,即使電流源容差和LED光通量容差都達(dá)到0.001%也無(wú)法解決該問(wèn)題??紤]到這些損耗,高質(zhì)量固態(tài)照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)師必須找到具有額外反饋回路的電源,也即找到熱量和光源。為此需要進(jìn)行調(diào)光控制,那些可以對(duì)輸出電流進(jìn)行線性控制和PWM控制的集成電路便成為最佳選擇。

例如,美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的LM3409和LM3424都是LED驅(qū)動(dòng)器控制IC,它們是適用于半導(dǎo)體照明的第二代電流源。兩款產(chǎn)品均可通過(guò)可變電阻器或電壓源來(lái)控制平均的LED電流值,并且可為PMW調(diào)光信號(hào)提供專門的輸入信號(hào)。除了線性控制回路外,LM3409和LM3424的模擬調(diào)節(jié)功能也令系統(tǒng)設(shè)計(jì)師可以在權(quán)衡輸出電流精度及尺寸、成本和電流檢測(cè)電阻的功耗間做出自己的選擇。圖4所示的LM3409/09HV控制降壓電路,是功率LED驅(qū)動(dòng)器中最常用的電路模式。圖5中的LM3424可以作為升壓穩(wěn)壓器LED驅(qū)動(dòng)器,也可以作為降壓/ 升壓、SEPIC、反激式甚至是“懸浮”降壓電路。

圖4:LM3409/09HV降壓LED驅(qū)動(dòng)器

圖5:LM3424升壓LED驅(qū)動(dòng)器

需要光控制的應(yīng)用領(lǐng)域

路燈是一個(gè)很好的光源示例,因?yàn)樗袊?yán)格的法定標(biāo)準(zhǔn)限制。對(duì)于公路用路燈,歐盟國(guó)家規(guī)定了其最小和最大的光輸出及照明模式。對(duì)于符合此規(guī)定并提供五年或更長(zhǎng)使用壽命的LED路燈來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到熱量引起的即時(shí)光通量損失,以及更長(zhǎng)時(shí)間下性能下降帶來(lái)的通量損失。

一種很自然的方法是使用光傳感器,比如構(gòu)成線性控制回路的光電二極管。在系統(tǒng)啟用的第一天,就應(yīng)該只使用整體可用驅(qū)動(dòng)電流的一部分,這樣做是考慮到隨著時(shí)間推移,驅(qū)動(dòng)電流將慢慢增至一個(gè)上限,籍此保證光輸出恒定??梢詫⒐怆姸O管偏置,并轉(zhuǎn)換為一路脈寬調(diào)制信號(hào),這將有助于在調(diào)光范圍內(nèi)維持更加恒定的相對(duì)色溫,其線性控制回路更加簡(jiǎn)單,一般而言調(diào)光范圍也比較小。根據(jù)不同的時(shí)間、運(yùn)動(dòng)傳感器或其他節(jié)省功耗的措施,對(duì)光輸出進(jìn)行控制時(shí),PWM控制將更加有用。圖6給出了具有更長(zhǎng)壽命、光輸出恒定的LED燈的假定原理框圖。

圖6:PWM(脈寬調(diào)制)用于日/夜控制,線性控制用于光輸出。

結(jié)束語(yǔ)

本文基于單個(gè)分檔的誤差探討了一種理想情況,并給出了一些實(shí)際的例子,這些例子使用兩個(gè)或更多分檔的LED,其容差也可更輕松地達(dá)到±5%、±10%或更高。在額外的控制回路中,應(yīng)該將成本開銷用于1%的電流控制,并可將電力用在更高的檢測(cè)電壓方面。

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機(jī)構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點(diǎn),本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實(shí)性等。需要轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請(qǐng)及時(shí)聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫?dú)角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國(guó)汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認(rèn)證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時(shí)1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動(dòng) BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來(lái)越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運(yùn)行,同時(shí)企業(yè)卻面臨越來(lái)越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險(xiǎn),如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報(bào)道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對(duì)日本游戲市場(chǎng)的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)開幕式在貴陽(yáng)舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國(guó)國(guó)際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會(huì)上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語(yǔ)權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機(jī) 衛(wèi)星通信

要點(diǎn): 有效應(yīng)對(duì)環(huán)境變化,經(jīng)營(yíng)業(yè)績(jī)穩(wěn)中有升 落實(shí)提質(zhì)增效舉措,毛利潤(rùn)率延續(xù)升勢(shì) 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長(zhǎng) 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力 堅(jiān)持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強(qiáng)核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運(yùn)營(yíng)商 數(shù)字經(jīng)濟(jì)

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺(tái)與中國(guó)電影電視技術(shù)學(xué)會(huì)聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會(huì)上宣布正式成立。 活動(dòng)現(xiàn)場(chǎng) NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會(huì)上,軟通動(dòng)力信息技術(shù)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱"軟通動(dòng)力")與長(zhǎng)三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉