照明用LED驅(qū)動技術(shù)及應(yīng)用

LED驅(qū)動技術(shù)及應(yīng)用(1)引言“低碳”生活是目前提倡的一種觀念，對于照明來說，LED的應(yīng)用就是具體表達(dá)。LED具有環(huán)保、節(jié)能、效率高、壽命長、安全牢靠的優(yōu)勢，為此，必需了解LED的使用條件、工作原理、驅(qū)動方法和典型應(yīng)用。LED工作原理LED的亮度主要與VF、IF有關(guān)。LED的伏安特性見圖1，其中VFLED的正向壓降、IF是正向電流。當(dāng)正向電壓超過閾值(1.7V)時，可近似認(rèn)為IFVF成正比。由圖可知，LED的最高IF1A，而VF2V～4V。1LED的VFIF的關(guān)系LED的正向壓降變化范圍比較大(1V以上)，而由上圖中的VF-IF曲線可知，VF的微小變化會引起IFLED電網(wǎng)驅(qū)動不能保證LED亮度的全都性，并且影響LED的特性。因此，LED驅(qū)動通常承受恒流源驅(qū)動。LED驅(qū)動技術(shù)由LED的工作原理知道，要使LED保持最正確的亮度狀態(tài)，需要恒流源來驅(qū)動。驅(qū)動的任務(wù)既要保掌握電流的方法有：通過調(diào)整限流電阻的大小實現(xiàn)掌握電流;通過調(diào)整限流電阻上的基準(zhǔn)電壓來調(diào)整電流;PWM調(diào)制實現(xiàn)電流掌握。LED的驅(qū)動技術(shù)與開關(guān)電源中應(yīng)用的技術(shù)格外類似，LED驅(qū)動電路是一種電源轉(zhuǎn)換電路，但輸出的是恒定電掌握在肯定的范圍內(nèi)。⑴限流法2所示，這是傳統(tǒng)的電路。電網(wǎng)電壓通過降壓、整流、濾波后，通過電阻限流使LED穩(wěn)定工作。這種電路的致命缺點是：電阻R上的功耗直接影響了系統(tǒng)的效率，再加上變壓器損耗，系統(tǒng)效率約50%。當(dāng)電源電壓在±10%的范圍內(nèi)變動時，流過LED的電流變化將≥25%，LED上的功率變化超過30%;但是電流會隨著VF的變化而轉(zhuǎn)變亮度，效率很低，散熱難。2限流法⑵穩(wěn)壓法32的根底上加了一個集成穩(wěn)壓元件MC7809，使輸出端的電壓根本穩(wěn)定在9V，限流電阻R可用得很小，不會造成LED的電壓不穩(wěn)。但是，此電路效率還是低。由于MC7809和R1上的壓降40%節(jié)能照明LED構(gòu)造簡潔、外部元件少、效率中等、本錢較低。3穩(wěn)壓法⑶PWM法PWM脈寬調(diào)制，即用脈寬調(diào)制的方法，轉(zhuǎn)變LED驅(qū)動電流的脈沖占空比來掌握光的亮度。是利用簡潔的數(shù)字脈沖，反復(fù)開關(guān)LED驅(qū)動器的調(diào)光技術(shù)。使用者只需供給寬、窄不同的數(shù)字脈沖，即可實現(xiàn)轉(zhuǎn)變輸出電流，從而調(diào)整白光LED的亮度。此驅(qū)動電路的特點是，通過一個電感器將能量傳遞給負(fù)載，通常是用一個PWM掌握信號，對MOSFET晶體管觸發(fā)導(dǎo)通和關(guān)斷來實現(xiàn)。通過轉(zhuǎn)變PWM的占空比和構(gòu)造包括降壓、升壓、降壓-升壓等類型。優(yōu)點是高效、穩(wěn)定，但簡潔產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲，本錢高，設(shè)計簡單。LED驅(qū)動技術(shù)及應(yīng)用(2)4PWM法4的PWM信號，經(jīng)過三極管VQ1的基極連接到P溝道MOS管的柵極上。P溝道MOS管的柵極驅(qū)動，承受簡潔的NPN三極管驅(qū)動放大電路，以改善MOS管的導(dǎo)通過程，削減驅(qū)動電源的功率。當(dāng)驅(qū)動電路直接驅(qū)動MOS管時，會引起被驅(qū)動MOS管的快速開通和關(guān)斷，這就可能造成被驅(qū)動MOS管漏源極間電壓的振蕩。一則引起射頻干擾，二則有可能造成MOS管患病過高的電壓而擊穿損壞。為解決這一問題，需在被驅(qū)動MOS管的柵極與驅(qū)動電路的輸出之間串聯(lián)一只無感電阻。當(dāng)PWM波輸出高電尋常，三極管VQ1導(dǎo)通，從而使MOS管的柵極電壓低于源極電壓，MOS管的源極和漏極導(dǎo)通，LED點亮。當(dāng)PWM波輸出低電尋常，VQ1截止，LED熄滅。典型照明LED驅(qū)動方案目前全球LED市場主要有日本的日亞化學(xué)(Nichia)、豐田合成(ToyodaGosei)、美國Cree公司、歐洲飛利浦(PhilipsLumileds)和歐司朗(Osram)5家掌控。照明LED驅(qū)動芯片制造商，國內(nèi)利用較多的有華潤矽威科技和臺灣點晶科技的產(chǎn)品，國外利用較多的有安森美和美國國家半導(dǎo)體等芯片。⑴華潤矽威的LED驅(qū)動芯片華潤矽威科技最推出的PT4207承受SOP8LED驅(qū)動掌握18V450VLED100%，以保證系統(tǒng)的高效能。內(nèi)置輸入電壓補(bǔ)償功能，極大改善了PT4207在不同輸入電壓下的LED電流穩(wěn)定性。PT4207350mAMOS350mA以下的應(yīng)用無需外部MOS350mA的應(yīng)用可承受外部MOS管擴(kuò)展電流。LED電流可通過外部電阻設(shè)定。通過多功能調(diào)光DIM管腳，可使用電阻或DC電壓線性調(diào)整LED電流，也可使用數(shù)字脈沖信號進(jìn)展PWM調(diào)光。PT4207具有多種保護(hù)功能，包括負(fù)載短路保護(hù)、開路保護(hù)、過溫度保護(hù)等。適合AC/DCLED日光燈、RGBLED驅(qū)動、LED環(huán)境裝飾燈等各種應(yīng)用。PT42075所示。5LED日光燈驅(qū)動芯片PT4207典型應(yīng)用線路⑵安森美LED驅(qū)動芯片安森美半導(dǎo)體NCL30000是一款極佳的產(chǎn)品，本錢低，性能佳。這器件集成了PFC、DC-DC轉(zhuǎn)換LED驅(qū)動器，簡潔易用，其小型SOIC封裝也有利于小巧設(shè)計和低本錢。NCL300008構(gòu)造，在寬AC輸入電壓范圍內(nèi)供給大0.95的高功率因數(shù)。典型應(yīng)用包括LED驅(qū)動器電源、LED嵌燈、三端雙向可控硅開關(guān)組件(TRIAC)可調(diào)光LED燈及功率因數(shù)校正恒壓電源。其典型應(yīng)用原理圖如圖6所示。6NCL30000典型應(yīng)用原理圖⑶美國國家半導(dǎo)體LED驅(qū)動芯片恒流降壓型，Vin范圍：LM34053V-15V/LM3405A3V-22V;基準(zhǔn)電流源：200mV;工作頻率：0.550/1.6MHZ;PWM調(diào)光。典型應(yīng)用為：家用照明、路燈、廣告裝飾等。LM34057。7LM3405典型應(yīng)用原理圖⑷臺灣點晶科技LED驅(qū)動芯片DM413是全彩驅(qū)動芯片，內(nèi)置灰度產(chǎn)生器，承受PWM脈寬調(diào)制方式。專為LED照明、裝飾、大屏顯示等應(yīng)用而設(shè)計。最大恒流輸出：100mA;最大輸出承受電壓:17V;最大串行時鐘頻率:20MHz;芯片工作電壓：3.3V--5.5V。DM413DM413相應(yīng)的輸入引腳。3個輸出引腳用于連接LED，可安排給R，G，B三個顏色，同一個輸出引腳接一樣顏色的LED，依據(jù)配色需要，每個輸出引腳可接一個或多個LED。掌握器輸出接口具有三條信的3掌握當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送接收完畢，掌握器向驅(qū)動芯片發(fā)送鎖存信號，使LED驅(qū)動芯片鎖存已存儲的數(shù)據(jù)，同時會依據(jù)所存儲的數(shù)據(jù)驅(qū)動LEDLED儲的數(shù)據(jù)設(shè)定亮和滅所占的比例，即實現(xiàn)灰度級別的掌握。DM4138。8DM413典型應(yīng)用原理圖結(jié)語綜上所述可以看出，LED在工作時需要有穩(wěn)流、穩(wěn)壓的元件，但是此類元件應(yīng)具備自身擔(dān)當(dāng)?shù)姆諰EDLED的光輸出在很寬的電源范圍內(nèi)保持恒定，但一般的IC電路會因此而使效率有所下降。承受有源開關(guān)電路，可以保證在較高的轉(zhuǎn)換效率下，實現(xiàn)電源電壓大幅度變化時恒功率輸出。LED0～100%的調(diào)制光度，并且可保證在整個調(diào)光過程保持較高光效，并且不損害LED的壽命。目前，針對光度掌握方面，主要的兩種解決方案為線性調(diào)整LED的電流(模擬調(diào)光)或在肉眼無法覺察的高頻下，讓驅(qū)動電流從0到目標(biāo)電流值之間來回切換(數(shù)字調(diào)光)。利用脈沖寬度調(diào)變(PWM)來設(shè)定循環(huán)和工作周期可能是實現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的最簡潔的方法。參考資料11、文茂強(qiáng)電子工程專輯LED技術(shù)全攻略2、LED照明電源設(shè)計大講臺3、顏重光LED燈具低壓驅(qū)動技術(shù)電子質(zhì)量2022第7期4、制造LED芯片廠家說明書作者簡介姓名：姚曉平,高級工程師，爭論方向是“應(yīng)用電子技術(shù)”。發(fā)光二極管發(fā)光二極管(LED)過，其必需以專用電子驅(qū)動電路，確保不患病過大應(yīng)力，從而使它們持續(xù)供給產(chǎn)品規(guī)格中所宣稱的長...關(guān)鍵字：LED照明 [1799篇]1由整流橋、截波器和簡潔的穩(wěn)流器構(gòu)成的電路圖而分壓器電阻R1R2330(kΩ)390千歐姆，當(dāng)二極管D5(MMSZ5260BT1G)的陰極電壓43.5伏特(V)時，齊納(Zener)Q1(MPSA44)Q1Q2的閘極拉至低電平致其關(guān)閉，不過電路中須包含二極管D6(MMSZ15T1G)，用于保護(hù)Q2的閘極。此時，電容C180～90伏特之間。C1儲存的電荷為恒流穩(wěn)流器(CCR)(NSI45020AT1G)及LED串(此電路例如中含二十二顆LED)供電。CCRLED20毫安(mA)。電路中包含與LED串行的電阻R4(10Ω，1.0%)，用于測量LED串電流(200mV=20mA)。21代表的是整流橋電路的輸出波形;2為截波器電路輸出局部的電C1兩端的電壓;3則是電流感測電阻(10Ω，1.0%=200