對驅(qū)動新型LED的恒定電流源的要求（二）

July 25, 2019

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不管類型、尺寸或功率如何，由恒流驅(qū)動的所有LED都會達(dá)到最佳工作狀態(tài)。以流明為單位測量的光輸出與電流成正比，因此，LED制造商說明的是在特定的正向電流IF 下器件的特征(例如，流明、波束圖和顏色)，而不是在特定的正向電壓VF 下的特征。

 

當(dāng)恒流源中要求高效和低功耗時，開關(guān)穩(wěn)壓器或控制器是驅(qū)動HB LED的最佳選擇。下文討論驅(qū)動LED的不同功率拓?fù)?。開關(guān)穩(wěn)壓器具有高效、能夠降低驅(qū)動LED的半導(dǎo)體的功耗以及減少向LED傳熱等優(yōu)勢。

 

降壓穩(wěn)壓器

 

當(dāng)整個串聯(lián)或串并聯(lián)串中的LED系統(tǒng)的輸入電壓大于最大的正向電壓降時，可選擇的最佳功率拓?fù)涫菢?biāo)準(zhǔn)降壓穩(wěn)壓器。降壓轉(zhuǎn)換器(如圖3a所示)由于帶有輸出感應(yīng)器，所以是驅(qū)動恒流的理想選擇。電感電流波紋DiL在降壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計中是一個已知的、受控制的量。在三種標(biāo)準(zhǔn)DC-DC轉(zhuǎn)換器拓?fù)?降壓、升壓和降壓-升壓)中，只有降壓轉(zhuǎn)換器有與LED驅(qū)動中的平均負(fù)荷電流或IF 相等的平均電感電流。不管采用哪種控制方法，事實上，輸出電流不會在開關(guān)循環(huán)的任何部分中發(fā)生瞬態(tài)變化，這使得恒定電壓源向恒定電流源的轉(zhuǎn)換變得更加容易。再說詳細(xì)一些，許多基于降壓轉(zhuǎn)換器的恒流電路都可以在沒有輸出電容的情況下運行。

 

在帶有穩(wěn)壓器的電路中，采用開關(guān)穩(wěn)壓器設(shè)計電流源有兩大標(biāo)準(zhǔn)：輸出電流(DiL)的平均精確度以及DC組件頂部的波紋或AC電流。平均輸出電流的公差取決于電流傳感電路(包括電流傳感電阻)的精確度和IC內(nèi)部參考電壓的精確度。LED波紋電流取決于輸入電壓、輸出電壓、開關(guān)頻率，以及感應(yīng)系數(shù)。

 

在以非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)運行的電路中，可以對輸出電流進(jìn)行控制。當(dāng)電路以連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)—通過感應(yīng)器時，CCM始終保持正電流—運行時，降壓轉(zhuǎn)換器可以被很容易地辨別和感應(yīng)。在。由于感應(yīng)器與LED陣列分享相同的DC電流，而且保持通過所有LED的電流為恒流是首要目標(biāo)，因此，CCM操作是運行驅(qū)動恒流的降壓轉(zhuǎn)換器的首選方式。

 

升壓穩(wěn)壓器

 

當(dāng)LED系統(tǒng)的輸入電壓小于應(yīng)用中的整個串聯(lián)串的最小正向電壓降時，則需要一個升壓穩(wěn)壓器。在低功率應(yīng)用中，普遍采用的是開關(guān)電容升壓轉(zhuǎn)換器，但是，當(dāng)電流約為100mA或以上時，它們的效率會迅速下降。感應(yīng)升壓穩(wěn)壓器也需要一部分輸入電壓并提供更高的輸出電壓，用感應(yīng)器作為能量存儲元件在高增壓比(在這里，VO 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于VIN)和1至10安培的輸出電流范圍內(nèi)可以提供高效率。在所有開關(guān)電源拓?fù)渲?，只有降壓穩(wěn)壓器更有效。這是因為只有降壓-升壓穩(wěn)壓器在它們的開關(guān)循環(huán)的一部分中將輸入電壓與輸出端連接起來。

 

給出用于驅(qū)動一個LED陣列的典型升壓穩(wěn)壓器的電路圖。如圖3a和3b所示的降壓電路，以前允許在輸出電流中動態(tài)移動的同時調(diào)節(jié)輸出電壓的系統(tǒng)，現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)換為允許在輸出電壓中動態(tài)移動的同時保持輸出電流的系統(tǒng)。

 

升壓轉(zhuǎn)換器的一個缺點是，當(dāng)穩(wěn)壓器被禁用時，不能在輸出端提供真正的關(guān)斷。在輸出端一直能看到最小電壓(VIN-VD)，除非該電路用控制開關(guān)替代輸出二極管。采用升壓轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)設(shè)計人員必須小心控制輸入電壓的瞬變，這偶爾會正向偏置LED陣列。允許不受控制的電流流過LED，會導(dǎo)致LED過熱，這對于任何類型的LED來說都是主要故障。

 

另一種區(qū)分升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器差別的方法是升壓穩(wěn)壓器需要一個輸出電容。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時，電感未與LED串連接，輸出電容會提供電流，以保持IF的正確平均輸出水平和理想的波紋電流(DIF)量。幸運的是，電容量一般都非常低(典型值為1mF~10mF)，而不是典型的升壓穩(wěn)壓器中的100微法拉。

 

當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時，升壓轉(zhuǎn)換器將能量直接引入它們的存儲元件(電感)中。能量由輸出電容提供給負(fù)荷電容器，然后，負(fù)荷電容器和輸出電容器在開關(guān)關(guān)閉時進(jìn)行充電。開關(guān)占空比D與從輸入端到輸出端傳輸?shù)哪芰恐g的間接關(guān)系致使出現(xiàn)一種名為右半平面零點(RHPZ)的現(xiàn)象。這表明在校正輸入電流(針對穩(wěn)壓器)或輸出電壓(針對穩(wěn)流器)上發(fā)生的變化之前，系統(tǒng)暫時向相反方向移動的趨勢。在所有拓?fù)?除降壓穩(wěn)壓器以外)中都可以發(fā)現(xiàn)RHP零點，它們使得升壓穩(wěn)壓器的控制環(huán)路的設(shè)計更加困難。PWM調(diào)光部分會解釋為什么需要可以快速地從它們的“關(guān)閉”狀態(tài)轉(zhuǎn)向目標(biāo)輸出電流的轉(zhuǎn)換器。RHP零點，結(jié)合阻止VO發(fā)生變化的輸出電容使得升壓轉(zhuǎn)換器在響應(yīng)PWM調(diào)光的速度上要比降壓轉(zhuǎn)換器慢。

 

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