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LED驱动电源拓扑结构的选择

发布时间:2024-05-18 发布时间:
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  随着 LED 的生产成本下降,其使用愈发普遍,所涵盖的应用范围从手持终端设备到车载,再到建筑照明。但驱动 LED 并非没有挑战,本文对 LED 特性及驱动 LED 时需要权衡的因素作了概述,并对适用于驱动 LED 和进行 LED 调光的各种开关电源拓扑进行了详 尽的讨论,此外还详细说明了这些电源的相关优点。

  LED 的高可靠性(使用 寿命超过 50,000 个小时)、较高的效率(>120 流明/瓦)以及近乎瞬时的响应能力使其成为极具吸引力的光源。与白炽灯泡 200mS 的响应时间相比,LED 会在短短 5nS 响应时间内发光。因此,目前它们已在汽车行业的刹车灯中得到广泛采用。

  驱动 LED

  驱动 LED 并非没有挑战。可调的亮度需要用恒定电流来驱动 LED,并且无论输入电压如何都必须要保持该电流的恒定。这与仅仅将白炽灯泡连接到电池来为其供电相比更具有挑战性。

  LED 具有类似于二极管的正向 V-I 特性。在低于 LED 开启阈值(白光 LED 的开启电压阈值大约为 3.5V)时,通经该 LED 的电流非 常小。在高于该阈值时,电流会以正向电压形式成指数倍递增。这就允许将 LED 定型为带有一个串联电阻的电压源,其中带有一则 警示说明:本模型仅在单一的工作 DC 电流下才有效。如果 LED 中的 DC 电流发生改变,那么该模型的电阻也应随即改变,以反映新 的工作电流。在大的正向电流下,LED 中的功率耗散会使设备发热,此举将改变正向压降和动态阻抗。在确定 LED 阻抗时充分考虑散热环境是非常重要的。

  当通过降压稳压器驱动 LED 时,LED 常常会根据所选的输出滤波器排列来传导电感的 AC 纹波电流和 DC 电流。这不仅会提高 LED 中电流的 RMS 振幅,而且还会增大其功耗。这样就可提高结温并对 LED 的使用寿命产生重要影响。

  如果我们设定一个 70%的光输出限制作为 LED 的使用寿命,那么 LED 的寿命就会从 74 摄氏度度下的 15,000 小时延长到 63 摄氏度度下的 40,000 小时。LED 的功率损耗由 LED 电阻乘以 RMS 电流的平方再加上平均电流乘以正向压降来确定。由于结温可通过平均功耗来确定,因此即使是 较大的纹波电流对功耗产生的影响也不大。

  例如,在降压转换器中,等于 DC 输出电流 (Ipk-pk = Iout) 的峰至峰纹波电流会增加不超 过 10% 的总功率损耗。如果远远超过上面的损耗水平,那么就需要降低来自电源的 AC 纹波电流以便使结温和工作寿命保持不变。 一条非常有用的经验法则是结温每降低 10 摄氏度,半导体寿命就会提高两倍。实际上,由于电感器的抑制作用,因此大多数设计就 趋向于更低的纹波电流。此外,LED 中的峰值电流不应超过厂商所规定的最大安全工作电流额定值。


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