如何減少LED輸出波紋？

現(xiàn)在大街上隨吃可見(jiàn)的LED顯示屏，還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈，處處可見(jiàn)LED燈的身影，LED已經(jīng)融入到生活中的每一個(gè)角落。在采用LED技術(shù)的生產(chǎn)的產(chǎn)品中，或多或少的會(huì)有輸出波紋的產(chǎn)生，這種不利于產(chǎn)品的最終效率，因此需要設(shè)計(jì)者在產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行抑制，本文就將為大家介紹能夠減少LED輸出波紋的方法，并進(jìn)行講解。

輸出波紋其實(shí)并不難理解，其是指在直流電源輸出的過(guò)程中疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量。從示波器的角度來(lái)看，會(huì)看到電壓上下輕微波動(dòng)，就像水紋一樣，所以叫做紋波。通常抑制或減少它的做法有如下幾種：

加大電感和輸出電容濾波

根據(jù)LED驅(qū)動(dòng)電源的公式，電感內(nèi)電流波動(dòng)大小和電感值成反比，輸出紋波和輸出電容值成反比。所以加大電感值和輸出電容值可以減小紋波。

圖1

輸出紋波與輸出電容的關(guān)系：vripple=Imax/(Co×f)?？梢钥闯?，加大輸出電容值可以減小紋波。

通常的做法，對(duì)于輸出電容，使用鋁電解電容以達(dá)到大容量的目的。但是電解電容在抑制高頻噪聲方面效果不是很好，而且ESR也比較大，所以會(huì)在它旁邊并聯(lián)一個(gè)陶瓷電容，來(lái)彌補(bǔ)鋁電解電容的不足。同時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)電源工作時(shí)，輸入端的電壓Vin不變，但是電流是隨開(kāi)關(guān)變化的。這時(shí)輸入電源不會(huì)很好地提供電流，通常在靠近電流輸入端(以BucK型為例，是SWITcH附近)，并聯(lián)電容來(lái)提供電流。

再加一級(jí)LC濾波器

LC濾波器對(duì)噪紋波的抑制作用比較明顯，根據(jù)要除去的紋波頻率選擇合適的電感電容構(gòu)成濾波電路，一般能夠很好的減小紋波。但是，這種情況下需要考慮反饋比較電壓的采樣點(diǎn)。

圖2

采樣點(diǎn)選在LC濾波器之前(Pa)，輸出電壓會(huì)降低。因?yàn)槿魏坞姼卸加幸粋€(gè)直流電阻，當(dāng)有電流輸出時(shí)，在電感上會(huì)有壓降產(chǎn)生，導(dǎo)致電源的輸出電壓降低。而且這個(gè)壓降是隨輸出電流變化的。

LED驅(qū)動(dòng)電源輸出之后接LDO濾波

這是減少紋波和噪聲最有效的辦法，輸出電壓恒定，不需要改變?cè)械姆答佅到y(tǒng)，但也是成本最高，功耗最高的辦法。任何一款LDO都有一項(xiàng)指標(biāo)：噪音抑制比。經(jīng)過(guò)LDO之后，紋波一般在10mV以下。

在二極管上并電容C或RC

圖3

二極管高速導(dǎo)通截止時(shí)，要考慮寄生參數(shù)。在二極管反向恢復(fù)期間，等效電感和等效電容成為一個(gè)RC振蕩器，產(chǎn)生高頻振蕩。為了抑制這種高頻振蕩，需在二極管兩端并聯(lián)電容C或RC緩沖網(wǎng)絡(luò)。電阻一般取10Ω-100Ω，電容取4.7pf-2.2nf.在二極管上并聯(lián)的電容C或者RC，其取值要經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)才能確定。如果選用不當(dāng)，反而會(huì)造成更嚴(yán)重的振蕩。

二極管后接電感(EMI濾波)

這也是常用的抑制高頻噪聲的方法。針對(duì)產(chǎn)生噪聲的頻率，選擇合適的電感元件，同樣能夠有效地抑制噪聲。需要注意的是，電感的額定電流要滿足實(shí)際的要求。通過(guò)以上的介紹，相信大家對(duì)于這幾張種LED設(shè)計(jì)中輸出波紋的抑制方法已經(jīng)有了自己的認(rèn)識(shí)。這幾種方法最然不是最全面的，可對(duì)于目前一般的設(shè)計(jì)需求已經(jīng)足夠。在噪聲抑制方面，設(shè)計(jì)者最重要的就是要從自我的角度出發(fā)，從體積、成本等方面來(lái)尋找合適的方法。

以上是關(guān)于LED設(shè)計(jì)中，減小輸出紋波的一些常用辦法，雖然可能不太全，但對(duì)一般的應(yīng)用已經(jīng)足夠了。關(guān)于噪聲抑制，實(shí)際中并不一定全部應(yīng)用，重要的是根據(jù)自己的設(shè)計(jì)要求，比如產(chǎn)品體積，成本，開(kāi)發(fā)周期等，選擇合適的方法。現(xiàn)在的LED燈或許會(huì)有一些問(wèn)題，但是我們相信隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，在我們科研人員的努力下，這些問(wèn)題終將唄解決，未來(lái)的LED一定是高效率，高質(zhì)量的。