鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:851次 | 2019年12月27日
LED驅(qū)動(dòng)高性能設(shè)計(jì)與成本控制探討
在LED照明電源的設(shè)計(jì)中,要將LED電流的精確度控制到與數(shù)字負(fù)載的供電電壓的精度相同,既浪費(fèi)電,又浪費(fèi)成本。100mA到1A是當(dāng)前大多數(shù)產(chǎn)品的電流范圍,特別是目前350mA(或者更確切地說,光電半導(dǎo)體結(jié)的電流密度為350mA/mm2)是熱管理和照明效率間常采納的折衷方案。
控制LED驅(qū)動(dòng)器的集成電路是硅基的,所以在1.25V的范圍內(nèi)有一個(gè)典型的帶隙。要在1.25V處達(dá)到1%的容差,亦即需要±12.5mV的電壓范圍。這并不難實(shí)現(xiàn),能達(dá)到這種容差或更好容差范圍的低價(jià)電壓參考電路或電源控制IC種類繁多,價(jià)格低廉。當(dāng)控制輸出電壓時(shí),可在極低功率下使用高精度電阻來反饋輸出電壓(如圖1a所示)。為控制輸出電流,需要對反饋方式做出一些調(diào)整,如圖1b所示。這是目前控制輸出電流的唯一且最簡單的手段。
深入研究之后,就會發(fā)現(xiàn)這種做法的一個(gè)主要缺點(diǎn)是:負(fù)載和反饋電路二者是完全相同的。參考電壓被加在與LED串聯(lián)的一個(gè)電阻上,這意味著參考電壓或LED電流越高,電阻消耗的功率越大。所以,第一代專用LED驅(qū)動(dòng)集成電路的參考電壓要遠(yuǎn)低于現(xiàn)在的產(chǎn)品,這類似于電池充電器。電壓更低意味著功耗更低,也意味著更小、更便宜、更低損耗的電流檢測電阻。在圖1b所示的簡單的低端反饋環(huán)境下,200mV是常規(guī)的電壓選擇。但是,要在200mV參考電壓下實(shí)現(xiàn)±1%的容差,則需要一個(gè)價(jià)格很高的集成電路,此時(shí)相對于標(biāo)稱參考電壓的容差為±2mV。盡管這并不是不可能實(shí)現(xiàn)的,不過更高的精度需要更高的成本。±2mV的容差需要高精度電壓參考所需的生產(chǎn)、測試和分檔技術(shù),此時(shí),附加成本應(yīng)花費(fèi)在更智能的LED驅(qū)動(dòng)器上。新的費(fèi)用的價(jià)值是增加了一個(gè)反饋回路,借助該回路,可以利用光輸出(而非電流輸出)來控制如何驅(qū)動(dòng)LED。
測量光輸出
就像數(shù)字產(chǎn)品設(shè)計(jì)師在電源設(shè)計(jì)中遇到不確定問題時(shí)會采取仿真解決問題那樣,電力電子工程師出身的系統(tǒng)架構(gòu)師在進(jìn)行LED燈具設(shè)計(jì)時(shí)會想到高精度的輸出。LED制造商已經(jīng)清楚的表明,光通量與前向電流成正比。利用相同的電流驅(qū)動(dòng)所有LED,那么每個(gè)LED會產(chǎn)生相同的光通量。因此,電力電子工程師就會得出結(jié)論:高精確度的電流是必須的。這樣一來,他們就忘記了光輸出的流明和勒克斯值(而不是安培值)才是重點(diǎn)。測量電流是很容易的,而相對的,測量光則需要昂貴的大型設(shè)備,如圖2所示的積分球,而大部分電子工程師對積分球都不太了解。