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LED照明驱动的优化设计降压或升压转换器

发布时间:2020-07-01 02:22:41 阅读: 来源:储能机厂家

精确的电流控制是高效LED照明方案所必须的,种类繁多的LED驱动器能帮助工程师优化这些LED照明设计。那么在设计基于这些降压或者升压转换器的大功率LED驱动电路时,应注意哪些问题呢?本文探讨采用Zetex的ZXSC310、美国国家半导体的LM3410和德州仪器的TPS61160/1等升压转换器时应注意的设计问题。从小闪光灯到舞台照明系统的这些应用中,高亮度LED相比传统光源,具有更高效率、更长使用寿命和更小尺寸,还可以实现一些特殊的效果,如调光、排序和闪烁。精确的电流控制是高效LED照明方案所必须的,种类繁多的LED驱动器能帮助工程师优化这些LED照明设计。

照明用大功率LED能产生足够的光通量,当这些器件组成大小合适的阵列后,可用于闪光灯、房间照明、室外照明以及电子指示牌等应用中。一系列驱动器件能维持大功率白色LED中的驱动电流远远超过1A。

驱动电流决定了LED的光输出,因此阵列中所有LED必须以恒流驱动,以确保终端产品发光均匀、合适。为确保电流均匀,常将LED串联起来。LED正向压降也必须同时考虑。LED串中每个LED都有各自的正向压降VF。VF通常在3.4V左右,最小变化范围为2.5~4V(或更高)。

用作LED驱动器的升压转换器为获得驱动一定数量的串联LED所需的足够电压,可采用升压转换器来提高电池供电应用的电压。这些应用包括闪光灯或者带LED背光显示的便携式设备。另一方面,在诸如电子告示牌或者交通标志这些需要大量LED的应用中,驱动器拓扑结构的输出电压可能高达40V。

此外,也可以使用一个或多个多通道驱动器IC。在这些器件中,通道之间的电流匹配必须非常接近,以防止不同LED串之间的亮度不同。例如,最新的多输出驱动器在现代大功率LED光输出容差内的电流匹配就非常好。

许多希望设计小尺寸、高效率LED照明应用的设计人员都很关注工作电压非常低的产品。Zetex公司的ZXSC310驱动器是一款恒流升压转换器,其输入电压低至0.8V,在电池电压下降的情况下也能为LED提供恒流。该器件可被用来提升低电压电源以驱动标称VF为3.4V的大功率LED。

ZXSC3在闪光灯及小型便携式设备中的控制LED背光应用中非常有用。它的一个外部引脚控制正常工作或者5μA关闭模式,或者将其连接到脉宽调制(PWM)信号以控制LED调光。

美国国家半导体(NS)的LM3410也是一种用于低压设备的升压转换器。该转换器能将2.7~5.5V的输入电压转换为3~24V的输出电压,可用在显示背光和其它便携应用中。

在非电池供电应用中,采用升压驱动器能实现用LED灯替换对室内的压卤素灯。例如德州仪器的TPS61160/1升压转换器可以将标准低压卤素灯用的标称为12V的直流电源电压,提高到可驱动6个或10个白色LED的高达18V的输出电压。

图(a)是采用TPS61161来驱动10个LED的电路图。TPS61161集成了40V/0.7A N沟道MOSFET开关。它的调光控制引脚可用作单线数字接口或者作为PWM输入,这样设计人员就可以实现各种控制模式。

图:(a) 采用德州仪器的TPS61161升压转换器来驱动10个LED的电路图

图:(b) 美国国家半导体公司的LM3406降压转换器可以提供恒流LED控制

用作LED驱动器的降压转换器

大多数普通照明用的驱动器都被设计成用工作在较高的直流电压下,这些直流电压从主电压转换过来,范围为大约5V到30V或更高。例如,NS的LM3406是一种自给型(self-contained)降压稳压器,输出范围为6~32V,可提供高达1.5A的正向恒电流。如图(b)所示的典型应用电路带有设定LED电流的外部电阻,以及用于PWM调光的专用输入引脚。

Zetex ZXLD1350也是一种类似的降压稳压器,输入电压为7~30V,能为LED提供高达350mA的电流。它提供一个外部引脚进行电流调节。这个引脚支持PWM调光信号或简单的直流电压,以便将输出调节由外部传感电阻设置的电压值上下。

多通道和多驱动器电路设计

利用降压稳压器可驱动的LED数量取决于最大输出电压。对于电子指示牌或舞台灯光这样的大型LED阵列,可能需要多个驱动器,每个驱动器控制一串LED。

电子系统设计

另一种选择是采用多通道驱动器。TI的8通道TLC5917驱动器每通道都可提供高达120mA的电流。该器件还提供8个经过调节的电流端口,可在高达17V的电压下工作。通道之间的输出电流精度优于±3%,以有效确保不同LED串的光输出均匀。

此外,IC之间的精度由于±6%,能使设计人员使用多个TLC5917驱动器驱动更大的LED阵列。该驱动器内置了开路负载、短路负载以及过温保护,可指示大型LED阵列中的器件故障。

随着大功率LED不断进入各种照明应用中,还将有更多先进的驱动器出现,以实现更高驱动电流和更简单的控制,允许设计人员在他们的目标应用中自由地选用最佳数量的LED。

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