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灯具+LED裸板电源+1G U盘
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帖回复一下,在TI网站上看到一篇关于LED路灯电源的设计,现在的LED路灯电源可谓非常的火爆。文章作者是CMG大师,他的设计时一款150W的路灯电源设计,给出了详细的电路介绍,文章地址:http://ti.21dianyuan.com/news/show/84.html。
同时在世纪电源网上面有一个详细的讨论帖子,非常的不错可以跟着学习一步步的流程,上面许多高手争论可以进一步加进对电路的了解。
郭工的示例中给出了详细的原理图和demo板实物图,还做过DIY活动应该,可惜俺没有赶上。帖子地址:http://www.21dianyuan.com/bbs/8898.html大家有兴趣的可以看看。
下面是其中的部分截图,包含一个实物图和两份原理图。
分享一个ti工程师发在支持论坛的的应用《MSP430 在单电池供电的LED 照明中的应用》
http://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca084/zhca084.pdf
丁京柱,大家知道吧?就是前段做430valueline中文版系列讲座那个很有分量的老师:)
这个应用实例就是他做的,看了之后觉得真是不错。
一般来说我们讲led电源总会想到要多少个灯珠,怎么配给这么大的电流……
可是这个应用却把只用1节电池的430和led结合起来,只用一片TPS61200就解决了问题,在低功耗与的智能照明方向上使我很受启发。
TI 最新通用LED照明研讨会资料分享
http://www.deyisupport.com/question_answer/f/24/t/6116.aspx#20461
本次研讨会资料下载:
通用LED照明介绍
General LED Lighting.pdf (265 次下载) (PDF 3.62MB) 2012年5月10日
A灯/PAR灯/T管和其它室内小功率LED照明应用
Indoor application_public.pdf (133 次下载) (PDF 2.24MB) 2012年5月10日
MR16/AR111和其它搭配电子变压器的LED照明应用
Transformer application.pdf (107 次下载) (PDF 1.80MB) 2012年5月10日
工业和户外LED照明应用
Industrial_and_Outdoor.pdf (118 次下载) (PDF 2.58MB) 2012年5月10日
在MR16设计上面有一定的借鉴和帮助作用。
资源地址:ti.21dianyuan.com/.../83.html
120W非隔离AC/DC LED电源
这个项目刚刚启动,目前还处于PCB布板阶段。
主要的亮点有下面几个:
1。非隔离电路应用于LED路灯与隧道灯;
2。无传统有源PFC电路的电压外环;
PMP4264_REVA.pdf
因为马上要做板了,最好是有问题在原理图阶段就改正过来,谢谢!
其实这是我第一次做非隔离的LED驱动电源,以前还老以为LED驱动一定得是隔离的,可是市场就是王道啊!其实也有道理,因为这个电源是在电线杆上的,那么高,谁那么无聊拆开外壳,然后还把手伸进去呀!
问;
其实非隔离不是应用的问题,而是结构配合的问题,并不是高摸不到就可以过安规。
对了,这个电路恒流不会很准吧?应该会在15%-20%左右吧。
这个电源做开关机测试时,可能还要处理一下。
答;
其实问题就在这里,我不清楚LED灯的安规,但是好象也找不到相关的国际标准。兄弟如果手头上有,可否共享一下?
恒充的精度我想控制在10%以内,主要是由电流采样、分压电阻、及芯片内部的参考电压源确定,倒是简单计算了一把。
你认为开关机需要妥善处理,是基于没有电压外环而可能导致开关机的电压过冲吗?如果是这样,电路中倒是有几个器件就是考虑这一点而设置的。
问;
我做LED8年了,说老实话,我不建议这样做,危险性非常大,特别是做路灯这样需要全金属化散热的LED应用产品,是非常危险的!
不管是哪个国家的灯具安规均规定了AC输入端和外壳间的绝缘耐压,这是IEC里的相关规定,AC220V输入的一般在3850VAC左右,耐压一分钟,漏电小于10mA,而LED产品为了散热要求是直接把器件与外壳都是全金属连接的,即使中间有绝缘层,但在3850V下依然会击穿!
所以若只是小功率的产品,放在塑胶件里的,可以做成非隔离,或是通过结构去避开,但LED路灯这样的产品,非隔离基本上过安规的可能性小之又小,传统路灯因为接口进去是陶瓷结构加上有较大的爬电距离,并且不考虑散热,所以很轻易可以做得到,而LED的产品.....
没有办法,特别是你将输出电压升至300-400VDC......怕怕,又怕怕,LED器件结构非常微小,这么高的时候很容易击穿电气联接中绝缘薄弱的部分!
更多内容请见;
http://www.ti.com/cn/litv/pdf/zhcu017
本参考设计 (PMP4301) 是一款采用德州仪器的UCC28810LED 照明电源控制器的单级功率因数校正LED
驱动器。该LED应用专注于荧光管替代型照明灯及LED墙面泛光照明,其外形小巧(宽度<18mm,高度
<11mm),可以直接插入25.4mm或31.8mm直径灯管 (T8/T10)中。该驱动器可采用通用的90 VRMS至265
VRMS AC线路输入,并在高达42 VDC的电压条件下提供一个450mA恒定电流,以驱动一个通常含有12个串
联LED的LED串。
本LED照明驱动器参考设计基于UCC28810 LED照明电源控制器,能够提供高功率因数、输出负载过压保护、
输出负载短路保护和开环保护功能(均拥有自动恢复能力),以及长寿命、扁平和低材料清单成本等特性。
这款驱动器采用单端反激PFC拓扑结构,可工作于临界模式。此变换器专为小外形和高效率的T8/T10隔离式
LED灯而设计。它既可以封装在LED照明灯的外壳之内,亦可置于其外部。
典型应用:
• T8/T10荧光灯替代方案
• LED墙面泛光灯
• 通用LED照明
此方案对我的设计非常有帮助,它的优点如下:
• 通用输入电压下工作
• 单级功率因数校正
• 隔离型反激式拓扑结构
• 用于LED照明的恒定电流输出
• 提供了针对输出短路、开环和输出过压的集成型保护功能电路
• 扁平 (高度<11mm) 并具有适合荧光灯替代方案的物理尺寸和形状
• 运用谷底开关的临界模式,可实现高效率。
资源链接:http://ti.21dianyuan.com/news/show/145.html
LLC LED 驱动器简化设计
摘要:LED 负载随亮度调节变化时,PWM LED 亮度调节如何使 dc/dc 传输函数保持恒定
作者:MICHAEL O’LOUGHLIN,德州仪器 (TI) 高级应用工程师
TI 网站:www.ti.com
相比过去使用的老式、笨重的阴极射线管 (CRT) 显示器,现在的平板数字电视和显示器要薄得多。这些新型薄平板电视对消费者非常有吸引力,因为它们占用的空间更小。
为了帮助满足消费者需求并使这类数字设备变得更薄,一些厂商转向使用 LLC 谐振半桥转换器来为这些设备的发光二极管 (LED) 背光提供驱动。这是因为,利用这种拓扑结构所实现的零电压软开关 (ZVS) 可带来更高效的高功率密度设计,并且要求的散热部件比硬开关拓扑更少。
这类拓扑设计存在的一个问题是 LLC dc/dc 传输函数会随负载变化而出现明显变化。但是,这样会使在 LED 驱动器中建立 LLC 控制器和补偿电流环路变得更加复杂。为了简化这一设计过程,本文将讨论一种被称作脉宽调制 (PWM) LED 亮度调节的设计方法,其允许 LED 负载随亮度调节变化的同时让 dc/dc 传输函数保持恒定。
研究传输函数 (M(f)) 的 LLC 谐振半桥 dc/dc
LLC 谐振半桥控制器 dc/dc(请参见图 1)是一种脉冲频率调制 (PFM) 控制拓扑。半桥 FET(QA 和 QB)异相驱动 180,并利用一个电压控制振荡器 (VCO) 调节/控制频率。这反过来又能调节谐振电感 (Lr) 形成的分压器阻抗、变压器磁电感 (LM)、反射等效阻抗 (RE) 和谐振电容器 (Cr) 进行调节。仅有 LM 中形成的电压通过变压器匝数比 (a1) 反射至次级线圈。
图 1 LLC 谐振半桥/控制器
等效反射阻抗:
(方程式 3)
我们可以标准化和简化一次谐波近似法 [1] 传输函数 M(f) 的使用。M(f) 的方程式 4 中,标准化的频率 (fn) 被定义为开关频率除以谐振频率 (fO)。尽管只是一种近似值方法,但在理解 M(f) 如何随输入电压、负载和开关频率变化而变化时,该简化方程式还是非常有用的。
标准化 LLC 半桥增益:
(方程式 4)
调节 dc 电流,以调节 LED 亮度
LLC 谐振 LED 驱动器中实现 LED 亮度调节的一种方法是调节通过 LED 的dc 电流。这样做存在一个问题:DC 电流变化后,LLC 的输出阻抗也随之改变。如果考虑不周,则这种变化会带来 M(f) 变化,从而使 LED 驱动器设计变得更加复杂。
负载变化带来的问题
设计一个半桥转换器并不是一件容易的事情。设计人员要根据 ZVS 要求选择磁化电感 (LM)。他们还要调节 a1、Cr 和 Lr,以获得理想的 M(f) 和频率工作范围。但是,M(f) 会随 Q 变化而改变,而 Q 又会随着输出负载 (RL) 变化而变化。详情请参见图 2。
谐振 LLC 半桥 LED 的 M(f) 变化会使电压环路补偿和变压器选择变得更加困难、复杂和混乱,因为在设计过程中需要考虑的各种变化实在太多了。
图 2 M(f) 随负载而变化。
不断变化的 LLC 增益曲线 (M(f)) 会在反馈环路中引起电压控制振荡器 (VCO) 的控制问题。VCO 一般由一个反馈误差放大器控制(EA(参见图 1))。开关频率随 EA 输出升高而降低以提高 LLC 增益,并在 EA 输出下降时增高。理想情况下,在一个 LLC 半桥设计中,M(f) 增益需在其最大开关频率下以最小值开始,同时 M(f) 随频率降低而上升。
正常工作时的理想 M(f) 范围为虚线右侧部分(请参见图 2)。我们把这一区域称作电感区,这时 LLC 工作在 ZVS 下。虚线左边为电容区,在该区域内主级开关节点上没有 ZVS。在大信号瞬态期间,EA 会驱动 VCO,要求更低的开关频率,以提高增益。结果是,M(f) 增益工作在虚线左边区域,可能达不到理想增益,无法满足控制环路需求。
这时,ZVS 丢失,并且反馈环路会让 LLC 控制器一直锁闭在该区域内。现在,反馈误差放大器尝试要求更低的开关频率,以提高功率级无法达到的增益,因为转换器可能工作在图 2 中虚线的右边区域。ZVS 丢失时,FET QA 和 QB 消耗更多功率,FET 会因过热而损坏。为了避免设计中出现这种问题,需要对所有 M(f) 曲线进行分析,然后适当地限制最小开关频率 (f),以防止转换器 (M(f)) 工作在图 2 中虚线的左侧区域。
PWM 亮度调节简化设计过程
对于要求亮度调节的 LLC 谐振半桥 LED 驱动器而言,简化设计过程的一种方法是使用一种被称为 PWM 亮度调节的技术。图 3 显示了一个 LLC 转换器的功能原理图,它的 LLC 控制器便使用了这种 PWM 亮度调节技术。在我们的例子中,我们使用了 UCC25710。
图 3 使用 PWM 亮度调节技术的 LLC 半桥 LED 驱动器。
这种技术利用一个控制 FET QC 的固定低频信号 (DIM),它以逻辑方式添加至QA 和 QB FET 驱动。DIM 信号为高电平时,LED 背光灯串被控制在某个固定峰值电流 (VRS/RS)。一旦 DIM 变为低电平,QA、QB 和 QC 立即关闭。QA、QB 和 QC 关闭后,LED 二极管便停止导电,同时输出电容器 (COUT)存储能量,以备准时开始下一个 DIM 周期。更多详情,请参见图 4 所示波形。
通过调节 DIM 信号的占空比 (D) 实现对平均二极管电流 (ID) 的调节,从而控制 LED 的亮度。
LED开路故障的简单保护电路原理
作者:John Betten,德州仪器 (TI) 应用工程师
要想保证 LED 串的亮度恒定那么其驱动电流就必须是稳定的。人们通常使用升压转换器将电压电平升压至足够高的水平,以使 LED 偏置并导通。调节 LED 串电流的典型方法是增加一个与 LED 串联的检测电阻器并将其两端的电压作为脉宽调制 (PWM) 控制器的反馈输入。如果串联 LED 中某个 LED 或某段导线发生故障,则电路就会呈开路负载的状态。
在这种情况下,电流检测电阻两端的电压下降到零。当尝试增加 LED 电流失败时,控制电路会增加 PWM 导通时间来提升输出电压。在大多数情况下,输出电压会以不可控制的方式急剧飙升,直到输出电容、二极管和/或功率 FET 过应力并被损毁。使用图 1 所示的简单的过压保护电路就可以避免出现这种情况。
图 1 一个简单的 LED 驱动器过压保护电路
该升压电路通过电阻 R14 测量 LED 电流并实施电流模式控制。该电路把输出电压提升到刚好30V 以上,以 0.35A 的调节电流驱动 10 个 LED。设计人员常常会添加串联电阻 R9来测量并验证反馈环路的稳定性。在实际应用中,可能会用零欧姆电阻来替代这个电阻。图中给出的开路保护电路采用了 R9,它与齐纳二极管 D2 一起提供了更多的功能。
在正常工作情况中,LED 电流取决于 0.26V 的 PWM 控制器内部参考电压除以 R14 电阻的值。由于 R14 两端的压降在正常工作条件下会一直保持在 0.26V,因此在 R5 和 R9 串联电阻的两端没有压降。R5 与 R9 之和将用来设定环路增益而不影响输出电流调整点。D2 这时没有导通,因为它被有意设置为比正常输出电压高出 20%。
当开路 LED 发生故障时,D2、R9和R14成为输出两端的负载。。控制器会迫使输出电压升高,直到输出电压达到约 36V 为止。D2 开始导通,使电流流经 R9 和 R14 流向接地,从而把 TP1 上的感应电压提升到 0.26V。这就为控制器提供了一个必不可少的反馈电压。输出调整到 36V 左右,源电流约等于 5mA (0.26V除以 51 欧姆)。这时 D2 上的功率将为最低。如果将 D2 直接接到 LED 串的两端,在开路期间的总输出电流将流经 D2,且如果 D2 无力承受这样大的功率则会立即发生故障。
图 2 显示了LED断路测试时的 LED 电流和升压转换器的输出电压。LED 电流立即从 0.35A 下降到 0A,继而输出电压升高。齐纳二极管一旦达到 36V 的钳位电压,齐纳电流随即产生,调节过程也重新确立,输出电压将保持在 36V。由于有限控制环路的响应时间问题,在转换期间输出电压会出现轻微的过冲。
图 2 开路 LED 测试提供了一个受控的输出电压
参考文献
如欲下载相关的产品说明书或应用手册,敬请访问:http://focus.ti.com.cn/cn/docs/prod/folders/print/tps40211.html。
资料名称:CD4056B-MIL (ACTIVE) 具有选通锁存功能的 CMOS BCD 到 7 段 LCD 解码器/驱动器
资料链接:http://www.ti.com.cn/product/cn/cd4056b-mil
特性:
(1)液晶与CMOS电路的操作提供了超低功耗显示器
(2)等效交流输出驱动液晶显示器 - 无需外部电容
(3)所有输入组合: 0-9 ,L ,H ,P , A, - ,和空白位置完全解码
支持TI!
资源连接:
资料主要介绍了搭配可控硅调光+电子变压器采用LM3444 芯片实现MR16 LED驱动器,该方案采用升降压方式,思路独具一格,业界少有的方案,做MR16的最佳方案。
文档对设计的帮助作用:文中提供了LM3444的典型应用电路和一些参数,资料齐全,零件参数一致性比较高,对自己的应用设计具有很好的参考价值!不过文档缺乏LM3444的内部框图,希望能提供。
这里我给大家分享一个TI的一款适用于笔记本电脑的 1.5A 白光 LED 驱动器TPS61180 。
链接:www.ti.com.cn/.../tps61180.pdf
它支持的输入电压范围为5 V到24 V ,其内部集成了1.5A、40V的MOSFET,其开关频率为1MHz\1.3MHz,升压输出会根据白色发光二极管自动调整,而且他集成了环路补偿功能,6个25mA的输出通道,最多可串联 10个白色发光二极管,支持高达1000:1的亮度调光范围。TPS61180/1/2 系列IC工作时需要一个外部的3.3V电源供电,为媒体尺寸的 LCD背光方案提供高集成解决方案。下图给出了基于TPS61180典型应用的调光方案。
图一:基于 TPS61180典型应用电路
图二:输出电流与效率的关系曲线
图三:开关波形 图四: PWM调光下的输出纹波
图五:输出短路保护 图五:输出白色发光二极管保护
图六:启动波形
心得:由于接触LED电源时间不长,还没多少经验,这篇文章教会了我如何使用这款LED控制电路,这款LED芯片的外围电路如何接,不同输出电压下其输出电流和效率的关系以及输出波形的情况,对LED电源有更深刻的了解和学习。
一、LED电源和普通电源的区别?
二、LED电源的特殊要求
1.恒流要求
2.谐波和PF值要求
3.防水、防尘、防雷要求
4.高温工作
5.调光要求
1、恒流要求,为什么要恒流?怎么实现恒流?
不同厂家,不同批次的LED压降差异很大,恒压驱动会引起电流差异巨大。
1.初级恒流
由充电器电路直接搬过来,方案成熟,可实现5-10%的电流精度
方案有PI、Iwatt、Fairchild、ACT、BCD等
谐波和PF值
各国对谐波和PF的要求
•IEC 61000-3-2 是主要的PFC 谐波标准限制–EN61000-3-2 欧洲–BSEN 61000-3-2 英国–JIC-C-61000-3-2 日本–GB 17625.1 中国•ENERGY STAR®09/12/07 固态照明灯具(*):–PF >0.7 家用–PF >0.9 商用•ENERGY STAR 替换灯–PF >0.7•韩国LED灯(KS C 7651/52/ 53)
– PF >0.9 – THD <33%
这篇文章提醒了大家在设计LED照明的时候需要注意哪些问题。
http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/tps61061.pdf
QFN封装的LED电源管理芯片,在文档中给出了详细的参考电路设计和PCB焊盘设计,下载的QFN/SON PCB attachment给出了设计技巧和焊接注意事项,非常好!
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【资料名称】最热门LED照明参考设计汇总
【汇总资料纵览】
(1)包括下列热门文档,如有其它LED照明文档的需求,欢迎在本贴跟帖询问、索取。
(2)隔离式LED驱动器(30V〜42VDC@450毫安)室内LED照明 PMP4301
(3)30系列驱动器(350毫安@80- 120V)室内LED照明 PMP4289
(4)PFC /反激式(59V@2.5A)LED照明 PMP4636
(5)升压(20V...40V@500毫安)LED照明 PMP4740
(6)AC / DC驱动器(3.8A@54V)街道照明 PMP4288
(7)15系列驱动器(700毫安@50)街道照明 PMP3582
(8)15系列驱动器(700毫安@50)太阳能路灯 PMP3543
(9)非调光LED照明驱动器(38V@350毫安) PMP6001
(10)TRIAC调光120V LED照明驱动器(32V@350毫安) PMP6002
(11)TRIAC调光230V LED照明驱动器(32V@350毫安) PMP6003
(12)MR16 LED照明驱动器(1.1A@5.7V)参考设计 PMP6004
(13)PFC反激式(40 ...120V@0.35A)的LED驱动器 PMP4522
(14)升压,降压 - 升压(+/ -17V@0.35A,+/ -30V@0.35A)的LED驱动器 PMP4057
(15)直接输入/局部调光(传统电视电源+ LED驱动器),无升压DC / DC PMP4298A
(16)110V10系列驱动器(700毫安@35)外部LED驱动器 PMP6305
(17)4系列驱动器(700毫安@16)筒光灯 PMP3663
(18)6系列驱动器(720毫安@ 21)T8管 PMP3672
(19)9系列驱动器(350毫安@30)PAR30/PAR38 PMP6304
(20)12系列驱动器(430毫安@42)T8管 PMP6306
........
【设计帮助】
让我在设计LED灯照明设计的时候能够快速选择好并且成熟的芯片型号,更适合本系统方案设计的元器件。而且加速了我的设计。更好的是资料提供的捷径方法,让我少走了很多弯路。同时让我发现了平时设计工程中容易忽视的细节和在调试的时候应该注重的方法和重点。加速方案设计与实现。
设计资料:保护LED电源电路的若干方法介绍
TI资源链接:ti.21dianyuan.com/.../70.html
驱动电源的可靠性影响了LED应用产品的寿命,为了保护开关电源自身和负载的安全,延长使用寿命,必须设计安全可靠的保护电路。
1 直通保护电路
半桥和全桥是开关电源常用的拓扑结构,“直通”对其有很大的威胁,直通是同一桥臂两只晶体管在同一时间内同时导通的现象。
2 过流保护电路
当出现负载短路、过载或者控制电路失效等意外情况时,会引起流过开关管的电流过大,使管子功耗增大、发热,若没有过流保护装置,大功率开关管就可能损坏; 调节电路失效还可能导致LED过流损坏。
3 开、关机电流过冲保护电路
稳流型开关电源在开机和关机时容易造成电流过冲,LED之类的负载对ms级的电流过冲都是不允许的,瞬间大电流的冲击有可能损坏LED器件,因此必须严格防止电流过冲。
4 过压保护电路
稳流型电源若负载发生断路,电流检测电阻两端的电压下降到零,一旦给定值不为零,调节器会使得输出电压急剧飙升至最大值,这对负载连接接触不良时是很危险的。
文档对设计的帮助:1、这些电源保护方法很全面;2、通过不同的情况进行的分析,给了我很好的启示;
3、让我从不同的角度去考虑问题,节省了很多时间。
分享来自www.ti.com.cn/.../slua625.pdf
基于UCC28060 的交错式ACDC反激LED驱动电路的应用报告
本为讨论了基于UCC28060芯片的单级ACDC的反激拓扑,文章讨论了在设计中应该考虑的问题,并给出了设计实例,
UCC28060芯片,为用户提供一种解决方案,提供相关的参考,文章介绍了单级LED的概念,提出了基于反激电路的PFC电路的解决方案,读者可以在这一部分有一个清晰的概念
文章给了设计中需要考虑的问题给了大量的计算公式,因此我们在设计时可以方便的应用,只需要查找这个文章,调用相关的公式就可以,省去了许多冗繁的步骤,大大方便了用户。同时文章还给出了在不同负载情况下的波形分析图。下图为不同K值时,THD的大小。
3,分析了回路稳定性分析,给出了小信号模型分析以及控制回路图,给出设计方法,因此在设计补偿回路时,可以参考相关的分析
4.最后给出了设计参考图,用户可以直接参考图纸,搭建电路,给出参数
分享来自TI官网的资料:http://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/sluu436a/sluu436a.pdf TPS92210测试板的使用说明
这篇文章改变我对传统LED灯的观念,能替代白炽灯,应用于室内照明,以前只认为LED灯是装饰性的点缀品。
现在LED的驱动电路能达到线性调节的感觉。
还是不能理解好多模拟电路的细节,但是有了这些知识库的,能促进设计快速完成,缩短周期。
用于 LCD 显示器背光的 TPS61199 白光 LED 驱动器的评估模块
TPS61199EVM-598 包含TPS61199,这款 WLED 电源解决方案使用一个单独的电感器升压转换器提供多达八个独立调节的电流输出。这种电流输出非常适合驱动笔记本电脑/膝上型电脑的 WLED 背光。
感谢大家的分享!恭喜获奖的朋友们!具体获奖名单请参见附件。
后续我们物流公司会跟各位获奖的朋友确认具体地址和联系方式。
再次感谢大家的参与!
icmade.com 新闻出处:IC交易网
RGB LED 情境照明
高亮度LED 灯在照明方面的运用范围愈来愈广。本文说明简单的「情境照明灯」,这种照明设备仅采用几种组件。三个LED 灯均采用切换式稳压器来供应恒定电流,并以 MSP430 微控制器所产生三组 PWM 讯号来调控亮度。印刷电路板可装设于雾面玻璃台灯内,亦可用于间接照明的 LED 聚光灯。
不论LED 灯的功率为何,现在通常都以恒定电流为电源,原因在于LED 灯以流明 (lm) 为单位的光输出功率会与电流呈正比。
因此,所有 LED 制造商均指定灯光输出(有时称为光效率)、视角和波长等参数,作为顺向电流 IF 的函数,而非所谓顺向电压 VF 的函数。于是,我们也在电路中采用适合的恒定电流稳压器。
高亮度 LED 灯的恒定电流
市面上多数切换式稳压器均设计为恒定电压来源,而非恒定电流来源。只须以简单易懂的方式将电路略为修改,即可将恒定电压稳压器改为恒定电流的运作方式。我们并未采用常见的电压分配器来设定输出电压,而是以电流侦测电阻调节电压降幅。图 1 概略说明了这个电路。
调暗 LED 灯光
基本上有两种方式可调暗 LED 灯光。第一种方式最简单,就是运用模拟控制,直接控制流经 LED 灯的电流,减少电流即可降低亮度。可惜这种方式有两项重大缺点:首先,LED 灯的亮度与电流大小并非完全呈正比关系;其次,灯光的波长(即颜色)会随着电流变化而改变,以致于不符该 LED 灯的额定值;这两种现象都是业者极力要避免的问题。
较复杂的控制方式是采用恒定电流来源,这种电源已经过设定,可以为LED供应额定的运作电流。新增一个电路后,即可运用指定的标记间隔率(mark- space ratio)迅速开关 LED 灯,减少平均散发的亮光,因而呈现较低亮度。调整标记间隔率便可轻松调整 LED 灯的亮度,这种方式称为脉冲宽度调节(Pulse Width Modulation, PWM)。
运用 PWM 调暗灯光
以 TPS62260 为例,说明 PWM 控制的多种建置方式。TPS62260 是一款具整合式切换组件的同步步降转换器,以2.25MHz的一般性频率频率运作。在图 2 的电路中,我们以黑色标示出将 PWM 讯号直接连接到 EN(启用)接脚的可行方式。整个切换式稳压器的电路都是根据 PWM 讯号而开关。我们的实验结果显示,在这种设定中,可使用的 PWM 频率最高可达 100Hz。这种方法的优点在于简单:不需要使用其它组件,而在切换式稳压器停用时,泄露的静态电流也极低,因此这也是最节能的方式。但缺点是 LED 灯对于启用接脚的高层级响应会延迟,这是因为切换式稳压器具有「软启动」功能:装置启动时,输出电流会逐渐上升,直到达到额定 LED 电流为止。在某些应用中,这种上升现象可能会造成问题,因为在电流从最低值升至正常运作层级时,LED 灯的发光波长也随之变化。例如,在 DLP 投影机或 LCD 电视面板的 LED 背光中,便不容许出现前述变化,但在本次示范中,一般肉眼并不能察觉这个现象。
第二种方式(图 2 中以红色表示),是将 PWM 讯号透过小讯号二极管而与 TPS62260 的误差放大器输入结合。在这个电路中,施加于控制输入的600mV 以上正极电压会过度驱动误差放大器而将 LED 关闭。由于这个电路未采用启动输入,因此不受稳压器软启动功能的启动延迟所影响,LED 因而能迅速地开关。
在图 2 中第三种可行方式以蓝色标示。这种方法运用 PWM 讯号控制 LED 灯上的 MOSFET。MOSFET 可造成 LED 灯短路,使 LED 灯更迅速开关。稳压器是以恒定电流模式运作,该电流会经过 LED 灯或 MOSFET。这种方式的缺点包括增加了 MOSFET 的成本以及能源效率不佳:最多可能有 180mW 的电力消耗于 2Ω 电流侦测电阻中。其优点则是高切换频率:实验结果发现,TPS62260 以这种设定运作时,PWM 频率可高达 50kH。
散热情况
运作温度是高功耗 LED 灯效能的重要参数,会明显影响使用寿命、顺向电压、输出波长,甚至是照明装置的亮度。LED 灯的运作温度愈高,预期使用寿命愈短,因此,我们用于实验的印刷电路板尺寸,必须可在背面以双面贴附式热传导材质来固定 SK477100 型散热片(由 Fischer Elektronik 制造),以便在 LED 灯以全功耗运作时,将温度从 61 °C(未使用散热片)降至 54 °C(使用散热片)。散热片也有助于将热能分散到印刷电路板的各部分。
光明的未来
这个印刷电路板可用来执作更多功能,例如,电路板上有个插槽可用于安装德州仪器的 Z430-RF2500 无线电模块。eZ430-RF2500 套件包含两个无线电模块,其中一个套件可安装旋转编码器(使用无线电模块中微控制器的测试接脚),以建立连接到 LED 灯电路板的无线电连结。