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LED照明的直流驅動電路設計新方法

来源:转载 作者:山东照明网整理 时间:2008-05-01 Tag: 点击:




在上述等式中,近似認為在整個電流上升與下降期間LED正向壓降不變。事實上它會隨電流升高而增大,但這些公式使設計計算的結果在實際電路所用元件的容差範圍內。此外,VIN與VF之間的差值小於它們中的任何一個,所以6.2μs的上升時間將基本上取決於這些電壓值。

值得注意的是,對於9.6V的LED正向壓降以及300mV的蕭特基二極管正向壓降來說,從680mA下降到零的時間為:





由於TOFF一般為1.7μs,所以電流有足夠的時間降到零。然而,儘管1.5μs已相當接近1.7μs,因為元件的容差,線圈電流可能不能降到零。但這不是什麼大問題,因為殘餘電流會很小。需要注意的是,由於對峰值電流的測量及關斷,不可能產生在具有固定TON時間的轉換器中產生的危險的‘電感階躍’(inductor staircasing)問題。由於電流可能永遠都不會超過IPEAK,所以即使電流從一個有限值開始成長(即連續模式),也不會超過IPEAK,於是LED電流將近似等於680mA與0的平均值,即340mA。它並不是嚴格意義上的平均值,因為有200ns的時間內電流為零,但與IPEAK及元件容差相比這非常小。

圖2與圖3分別描述了12V與24V系統的性能。

電路設計計算 在TON期間(假設為非連續工作模式),電源的輸入功率等於VIN×IPEAK/2,因而電源的平均輸入電流等於該電流乘以TON相對於整個周期時間的比值。

 





從上式可看出平均電源電流是如何在較低電壓下隨著TON相對於固定的1.7μs的增加增大。這是符合功率原理的,因為當電源電壓較低時,固定(或近似固定)的LED功率需要更多電源電流才能獲得相同功率。

儲存在電感中的能量等於從電感轉移到LED的能量(假設為非連續工作模式),為:

EQ1

因此,當輸入電壓與輸出電壓的差別變得更大時,從電感轉移到LED的能量比LED直接從電源獲取的能量要更多些。如果能計算出使電流正好在1.7μs時達到零的電感值L1及峰值電流IPEAK,則LED的功率將不會太依賴於電源電壓,因為此時LED中的平均電流總是近似為IPEAK/2。

表1:12V系統的材料清單。

隨著電源電壓的增加,達到IPEAK所需的TON將減小,但LED的功率基本恒定,且在TON期間只吸取從零至IPEAK的電源電流。電源電壓越高,TON佔整個周期的比例越小,所以較高電源電壓時的平均電源電流亦較小,這樣保持了功率(和效率)的恒定。

蕭特基二極管正向壓降會使效率降低。例如,假設LED的VF為6V,蕭特基二極管的VF為0.3V,則從電感轉移過來的能量的效率損失為5%,即蕭特基二極管正向壓降與LED正向壓降之比。在TON期間,蕭特基二極管不在電流迴路中,故不會引入損耗,因此整個效率損失比取決於TON與TOFF之比。對於TON佔整個周期的大部份的低電源電壓來說,由蕭特基二極管導入的損耗並不大。當LED電壓較高(多個LED串聯)時,蕭特基二極管導入的損耗也不大,因為此時蕭特基二極管正向壓降在整個壓降所佔的比例將更小。

本文小結

本文的電路設計顯示了如何在鹵素燈泡替代應用中使用高效率電路驅動LED。儘管LED擁有比鹵素燈泡更高的初始成本,但總成本比鹵素燈泡低或者相當。在一些很難進行替代或替換費用昂貴的應用中,LED可能是唯一的具有成本效益的解決方案。隨著LED照明輸出效率逐步提高以及成本降低,使用LED照明的趨勢將會更加明顯。

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