案例解析:恒流LED驅動係統設計
發布時間:2015-05-04 責任編輯:echolady
【導讀】眾zhong所suo周zhou知zhi,保bao持chi驅qu動dong電dian流liu恒heng定ding,就jiu能neng讓rang發fa光guang二er極ji管guan充chong分fen發fa揮hui特te性xing。發fa光guang二er極ji管guan的de亮liang度du隨sui電dian流liu大da小xiao而er變bian化hua,一yi旦dan製zhi造zao出chu的de發fa光guang二er極ji管guan電dian壓ya與yu電dian流liu曲qu線xian出chu現xian差cha異yi,LED照明亮度就會碎電源的變動而變化。
為(wei)維(wei)持(chi)亮(liang)度(du)穩(wen)定(ding)一(yi)致(zhi),需(xu)要(yao)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)恒(heng)流(liu)驅(qu)動(dong)器(qi)來(lai)實(shi)現(xian)。恒(heng)流(liu)驅(qu)動(dong)器(qi)可(ke)以(yi)使(shi)得(de)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)工(gong)作(zuo)在(zai)固(gu)定(ding)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi),因(yin)而(er)亮(liang)度(du)穩(wen)定(ding)性(xing)高(gao)。恒(heng)流(liu)驅(qu)動(dong)器(qi)也(ye)讓(rang)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)長(chang)期(qi)工(gong)作(zuo)在(zai)一(yi)定(ding)電(dian)流(liu)下(xia),使(shi)其(qi)維(wei)持(chi)較(jiao)長(chang)壽(shou)命(ming)。發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)照(zhao)明(ming)優(you)點(dian)是(shi)節(jie)能(neng)、安全,但由於恒定電流工作考慮,能耗亦相對增加,因此照明係統設計以低能耗為目標。
前麵提到恒流驅動器的壓降在2V以內,即是考慮低能耗的設計,若係統的電源端電壓與串接發光二極管壓降超過2V以上,則需考慮以電壓轉換器來達到低能耗目標,但仍維持恒定電流工作模式。低能耗的電壓轉換器是以開關式shi方fang式shi工gong作zuo,依yi據ju反fan饋kui電dian路lu控kong製zhi開kai關guan周zhou期qi,達da到dao穩wen定ding輸shu出chu電dian壓ya。但dan為wei了le維wei持chi發fa光guang二er極ji管guan恒heng定ding電dian流liu工gong作zuo狀zhuang態tai,反fan饋kui電dian路lu是shi以yi輸shu出chu電dian流liu來lai控kong製zhi轉zhuan換huan器qi開kai關guan周zhou期qi。
目前市場上電源輸入係統為兩類:一類前端為AC電源輸入係統加上後端的電流控製模塊,此類產品包括冷凍櫃燈條、室內燈具、路燈、台燈、MRl6、ARlll等。另一類為交流電源直接輸入係統整合AC/DC轉換器和恒定電流線路,此類產品包括E27和GUl0等燈泡型LED燈、PAR燈、T5和T8LED燈管。
本文采用恒流源驅動二極管發光,發光二極管電流減小時,恒流源電路采集到變化(減小)的de電dian流liu值zhi,進jin行xing放fang大da後hou,傳chuan輸shu給gei控kong製zhi電dian路lu,控kong製zhi電dian路lu對dui采cai樣yang信xin號hao進jin行xing反fan相xiang處chu理li,輸shu出chu脈mai衝chong寬kuan度du增zeng大da,寬kuan度du增zeng大da的de輸shu出chu脈mai衝chong驅qu動dong功gong率lv轉zhuan換huan級ji的de功gong率lv管guan,使shi得de次ci級ji輸shu出chu電dian壓ya增zeng加jia,這zhe樣yang,串chuan聯lianLED兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)也(ye)增(zeng)大(da),於(yu)是(shi),流(liu)過(guo)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)的(de)電(dian)流(liu)也(ye)增(zeng)大(da),這(zhe)就(jiu)維(wei)持(chi)了(le)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)的(de)電(dian)流(liu)恒(heng)定(ding),同(tong)樣(yang),若(ruo)由(you)於(yu)某(mou)種(zhong)原(yuan)因(yin),使(shi)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)的(de)電(dian)流(liu)增(zeng)大(da)時(shi),其(qi)控(kong)製(zhi)過(guo)程(cheng)相(xiang)反(fan),采(cai)用(yong)恒(heng)流(liu)源(yuan)驅(qu)動(dong)的(de)方(fang)法(fa),可(ke)克(ke)服(fu)大(da)功(gong)率(lv)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)管(guan)壓(ya)降(jiang)的(de)不(bu)一(yi)致(zhi)和(he)因(yin)溫(wen)度(du)特(te)性(xing)較(jiao)差(cha),管(guan)子(zi)的(de)電(dian)流(liu)和(he)發(fa)光(guang)效(xiao)率(lv)變(bian)化(hua)的(de)缺(que)點(dian)。
1硬件電路
1.1 FANl00簡介
FANl00是一個初級端調節PWM控製器,以滿足高亮度(high brightness,HB)發光二極管(LED)市場的關鍵性需求。采用內置專有TRUECURRENTTM技術和嚴格的恒壓(constant voltage,CV)範圍,實現最精確的恒流(constant current,CC)控製,而無需使用次級端反饋電路。通過在較寬的電壓範圍內精確恒流,同樣的電路就可以用於數目不同的成串LED,從而提高設計靈活性、縮短上市時間,並延長HBLED的使用壽命。由於這些PSR PWM控製器的高集成度,因此可以節省線路板空間,以配合燈泡外形尺寸不斷縮小的發展趨勢。
FANl00具有專有的節能模式,提供關斷時間調製功能,以線性方式減小輕負載狀況下的PWM頻率。另外,它們還通過減少次級端反饋電路和組件,最大限度地減小功耗(無負載下待機功耗)。
1.2整體電路

圖1 恒流驅動器整體電路
FANl00說明:1腳為模擬輸入,電流檢測,連接到電流檢測電阻器的峰值電流模式控製恒壓模式,對目前的檢測信號,也提供了輸出電流調節的CC模式。2、6腳為接地端子。3腳為模擬輸出。4腳為模擬輸出,電壓補償。5腳為模擬輸入,電壓端子。7腳為電壓參考。8腳為驅動功率器輸出。
工作過程:跳頻PWM工作模式,對於EMI問題方法使用了最小化的濾波元件。VDD端子(7腳)配備了過電壓保護和與欠壓鎖定,擋脈衝的脈衝電流限製和CC控製確保過流保護。
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柵極輸出被鉗位在15 V至保護外部MOSFET的過電壓損害,內部過溫保護功能關閉與控製器閉鎖時過熱。啟動電流為10μA,低啟動電流容許具有高電阻和低啟動電阻功率供應控製器的啟動電源。一個1.5MΩ,0.25W作為啟動電阻,10μF/25V是一個交流至DC具有寬輸入範圍電源適配器(100VAC到240VAC)。FANl00內置提供了更好的溫度補償在不同環境恒定的電壓調節溫度。這種內部補償電流是正溫度係數(PTC)的電流,可補償正向壓降二極管的溫度變化,這種變化的原因輸出電壓溫度的升高。
在zai感gan覺jiao到dao整zheng個ge電dian流liu檢jian測ce電dian阻zu電dian壓ya為wei電dian流liu模mo式shi控kong製zhi和he脈mai衝chong用yong於yu由you脈mai衝chong電dian流liu限xian製zhi。在zai斜xie率lv補bu償chang內nei置zhi改gai善shan穩wen定ding和he防fang止zhi次ci諧xie波bo振zhen蕩dang由you於yu峰feng值zhi電dian流liu模mo式shi控kong製zhi。該gaiFANl00有同步,積極,傾斜的斜坡內置在每個開關周期。
FANl00輸出級的BiCMOS工藝是一種快速門驅動程序。盡量減少散熱,提高效率,增強可靠性。輸出驅動器是由內部鉗位15V的齊納二極管,以保護功率MOSFET晶體管對不想要的過電壓門信號。
過電壓保護,防止造成的損害超過過電壓的條件。當電壓超過28V時,由於異常條件下,PWM脈衝的低於UVLO電壓下降,禁用,直到在低於28V,然後重新啟動。過電壓條件通常由於開放的反饋循環。
1.3實驗仿真
實驗仿真電壓輸入、輸出關係如圖2所示,縱軸為輸出,橫軸為溫度變化,從圖2可以看出,在輸入電壓15V~17V之間,可以看出當溫度升高的時候,電壓輸出在下降,因此電路具有較寬的溫度波動範圍。

圖2 電壓變化和溫度曲線
圖3為電流輸入和溫度關係,當電路輸入電流在75~95之間,輸出電流波動比較小,在這樣的情況下,才可以延長使用LED的使用壽命。

圖3 電壓輸入,電流輸出關係
總結
本係統可延長LED的使用壽命,在溫度波動比較大的範圍內,保持輸出電壓以及電流的穩定性。這樣可以從電池到LED的DC-DC轉換器既能逐步增加電源電壓到標準的LED的正向電壓,又能逐步降低電源電壓到該正向電壓,並能保持LED的電流不變(用於恒定亮度)。同時整體輸入電流更高時,就需要更大的電感,還需要紋波更小的電流以便將峰值開關電流限製在IC的最大額定電流以下。
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