你的位置:首頁 > 光電顯示 > 正文

干貨分享:LED拓撲選擇示例分析

發(fā)布時間:2014-11-02 責任編輯:echolady

【導讀】現(xiàn)如今,LED已經占據照明市場的半邊天。隨著市場需求日益精益求精,初級LED照明電路的設計已經不是難題。拓撲電路成為工程師的焦點。本文詳細分析了LED驅動拓撲結構的示例。

干貨分享:LED拓撲選擇示例分析
圖1:備選LED電源拓撲
 
圖1當中給出的表格是LED驅動拓撲選擇的參考,這里列出的是比較常用的幾個,黑色的圓點表示在此種情況下應該選擇哪種拓撲結構。如果只是使用較為簡易的電阻器或線性穩(wěn)壓器來驅動LED的話,也是可以的。但是此類方法通常會浪費過多功率。所有相關的設計參數包括輸入電壓范圍、驅動的LED數量、LED電流、隔離、EMI抑制以及效率。大多數的LED驅動電路都屬于下列拓撲類型:降壓型、升壓型、降壓-升壓型、SEPIC 和反激式拓撲。

干貨分享:LED拓撲選擇示例分析
圖2:簡單的降壓和升壓型拓撲
 
在圖2當中給出了三種較為基本的拓撲,前兩個為BUCK型,最后一個為BOOST型。第一個示意圖所顯示的降壓穩(wěn)壓器適用于輸出電壓總體小于輸入電壓的情形。在圖2中,降壓穩(wěn)壓器會通過改變MOSFET的開啟時間來控制電流進入LED。電流感應可通過測量電阻器兩端的電壓獲得,其中該電阻器應與LED串聯(lián)。對該方法來說,重要的設計難題是如何驅動MOSFET。從性價比的角度來說,推薦使用需要浮動柵極驅動的N通道場效應晶體管(FET)。這需要一個驅動變壓器或浮動驅動電路(其可用于維持內部電壓高于輸入電壓)。
相信稍有基礎的人都能看出來,圖2當中的第二個電路為備選的降壓穩(wěn)壓器,其中的MOSFET對接地進行驅動,從而大大降低了驅動電路要求。該電路可選擇通過監(jiān)測FET電流或與LED串聯(lián)的電流感應電阻來感應 LED電流。后者需要一個電平移位電路來獲得電源接地的信息,但這會使簡單的設計復雜化。

另外,圖2中還顯示了一個升壓轉換器,該轉換器可在輸出電壓總是大于輸入電壓時使用。由于MOSFET對接地進行驅動并且電流感應電阻也采用接地參考,因此此類拓撲設計起來就很容易。該電路的一個不足之處是在短路期間,通過電感器的電流會毫無限制。但是可以通過保險絲或電子斷路器的形式來增加故障保護。此外,某些更為復雜的拓撲也可提供此類保護。

干貨分享:LED拓撲選擇示例分析
圖3:降壓-升壓型拓撲可調節(jié)大于或小于 Vout的輸入電壓
 
圖3當中的電路一般在輸出電壓和輸入電壓較為不穩(wěn)定,呈現(xiàn)時高時低時使用。兩者具有相同的折衷特性(其中折衷可在有關電流感應電阻,以及柵極驅動位置的兩個降壓型拓撲中顯現(xiàn))。圖3中的降壓-升壓型拓撲顯示了一個接地參考的柵極驅動。它需要一個電平移位的電流感應信號,但是該反向降壓-升壓型電路具有一個接地參考的電流感應和電平移位的柵極驅動。如果控制IC與負輸出有關,并且電流感應電阻和LED 可交換,那么該反向降壓-升壓型電路就能以非常有用的方式進行配置。適當的控制IC,就能直接測量輸出電流,并且MOSFET也可被直接驅動。
[page]
干貨分享:LED拓撲選擇示例分析
圖4:降壓或升壓型以及 SEPIC 拓撲提供了更高的效率
 
但是這種方法存在一定的缺陷,就是電流會比較高。如,輸出電壓和輸入電壓相同時,電感和電源開關電流則為輸出電流的兩倍。這會對效率和功耗產生負面的影響。在許多情況下,圖7中的“降壓或升壓型”拓撲將緩和這些問題。在該電路中,降壓功率級之后是一個升壓。如果輸入電壓高于輸出電壓,則在升壓級剛好通電時,降壓級會進行電壓調節(jié)。如果輸入電壓小于輸出電壓,則升壓級會進行調節(jié)而降壓級則通電。通常要為升壓和降壓操作預留一些重疊,因此從一個模型轉到另一模型時就不存在靜帶。

當然該電路也是有優(yōu)點存在的,就是當輸出和輸入的電壓對等時,開關和電感器電流也近乎等同于輸出電流。電感紋波電流也趨向于變小。即使該電路中有四個電源開關,通常效率也會得到顯著的提高,在電池應用中這一點至關重要。圖4中還顯示了 SEPIC 拓撲,此類拓撲要求較少的 FET,但需要更多的無源組件。其好處是簡單的接地參考 FET 驅動器和控制電路。此外,可將雙電感組合到單一的耦合電感中,從而節(jié)省空間和成本。但是像降壓-升壓拓撲一樣,它具有比“降壓或升壓”和脈動輸出電流更高的開關電流,這就要求電容器可通過更大的 RMS 電流。

當然,在考慮效率的基礎上,所有的效率就都應出于對安全的考慮,一般來說都會規(guī)定在離線電壓和輸出電壓之間使用隔離。在此應用中,最具性價比的解決方案是反激式轉換器(請參見圖5)。它要求所有隔離拓撲的組件數最少。變壓器匝比可設計為降壓、升壓或降壓-升壓輸出電壓,這樣就提供了極大的設計靈活性。 但其缺點是電源變壓器通常為定制組件。此外,在 FET以及輸入和輸出電容器中存在很高的組件應力。在穩(wěn)定照明應用中,可通過使用一個“慢速”反饋控制環(huán)路(可調節(jié)與輸入電壓同相的LED電流)來實現(xiàn)功率因數校正(PFC)功能。通過調節(jié)所需的平均LED電流以及與輸入電壓同相的輸入電流,即可獲得較高的功率因數。

降壓或升壓型以及 SEPIC 拓撲提供了更高的效率
圖5: 反激式轉換器可提供隔離和功率因數校正功能
 
現(xiàn)如今,很多的應用中都開始使用LED,而LED則要使用相應的拓撲結構來進行配合 。一般來說,決定使用哪個LED拓撲結構的,通常是輸入電壓、輸出電壓和隔離需求等因素。在輸出輸入電壓不穩(wěn)定的情況下,使用降壓或著升壓的方法來應對是正確的選擇。但是當輸入輸出電壓處于較為穩(wěn)定的情況下時,選擇機會變得比較困難。

總結

本篇文章詳細介紹了幾種常用的LED拓撲結構,針對輸入電壓、輸出電壓、隔離等方面做出了分析。希望在閱讀完本篇文章之后,能夠對這方面的知識有所積累。

相關閱讀:

一款兼容多種信號的可編程調光LED驅動電源
基于CN5501的高壓線性LED驅動設計
LED驅動方式對比及選擇LED驅動電源的注意點

要采購開關么,點這里了解一下價格!
特別推薦
技術文章更多>>
技術白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關閉

?

關閉