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对驱动新型LED的恒定电流源的要求(三)



降压-升压转换器

 

当LED系统(即整个串联串的总正向电压降)的输出电压既可能大于 ,也可能小于应用中的输入电压时 ,就必需接纳降压-升压稳压器 。现有的种种拓扑都可以升高和降低输入电压 。最普遍的是回扫转换器、SEPIC(单端初级电感转换器)转换器和Cuk稳压器 。VO 可以比VIN 高或低 ,在极性上可与VIN相同或相反 。每种拓扑都有奇异的优势 ,可是 ,所有拓扑的效率都比降压-升压稳压器低 ,由于它们都接纳电感或电容作为中心能量存储元件 。

 

单电感降压-升压稳压器接纳浮动开关 ,如降压稳压器 ,许多降压稳压器和控制器都可以用于设计单感应式降压-升压稳压器 。在种种升/降压拓扑中 ,这种拓扑接纳的零部件数目最少 。单电感降压-升压转换器的主要弱点是输出电压的极性是反向的 。关于许多稳流器来说 ,只要电流感测电路准确地设计为控制器或稳压器IC ,这就不是问题 。接纳降压稳压器或控制器时的另一种手艺是将整个电路设计为负输出量(图5) 。这种手艺解决了电流感测的参照问题 ,但没有解决PWM调光信号的参照问题 。

 

用耦合感应器(有时称为回扫变压器)替换降压-升压稳压器的感应器会爆发回扫拓扑 。耦合感应器可使初级驱动转换至低侧拓扑 ,这种拓扑相对来说更简朴 ,也更自制 ;厣ㄍ仄艘谎匠S糜谛枰β蚀150W转换至5W以下 ,VIN 上升8倍的时间 ,或当需要扩大开关的最大电压或电流的时间 。由于开关接地 ,升压稳压器IC通 ?梢杂米骰厣ㄎ妊蛊 。

 

SEPIC(单端初级电感转换器)拓扑还可以用作降压-升压稳压器 ,提供低于或高于输入电压、与输入电压拥有相同极性的输出电压 。例如 ,SEPIC拓扑可以提供在10~15V之间转变的12V输入电压 。若是没有SEPIC ,这一实例可以接纳两个稳压器来实现 ,即在升压稳压器之后用一个降压稳压器或单个回扫稳压器 。低侧稳压器和控制器可以用在SEPIC拓扑中 ,当需要真正关断时 ,SEPIC关于替换升压电路很有用 。

 

Cuk稳压器是一种在电源教科书中很是普遍 ,可是还没有被普遍使用的拓扑 。人们对这种拓扑的兴趣一直增添 ,由于它是唯逐一种带有感应输出的升压降压拓扑 。这使得Cuk转换器可以在没有输出电容的情形下驱动LED ,就犹如降压转换器一样 。像其它升压/降压转换器一样 ,Cuk保存右半平面(RHP)零点并且更难控制 。Cuk转换器还可以逆变它们的输出端极性 ,这需要为它们的电流感测和PWM调光电路举行电平移动和/或逆变 。

 

通过调光控制LED的亮度

 

脉宽调制(PWM)是用于调暗LED ,以控制LED系统中的光输出的主要要领 。LED中的光输出随着IF的转变(在制造商划定的规模内)而以一种线性方法改变 ,但在单色LED中 ,发射光的主频也是差别的 。关于以磷为基质的白色LED ,其相关色温(CCT)是差别的 。线性调光能用于在颜色/CCT上的这种转变被判断为可接受的应用中 。这些应用的实例包括闪光灯、阅读灯 ,以及只有很少量的LED的系统 ,在这种系统中 ,从一盏灯到另一盏灯之间的颜色、CCT或亮度上的差别不是很显着 。关于诸如汽车刹车灯、LCD背光灯 ,以及直视RGB灯等应用而言 ,亮度和颜色要求关于这种要领来说太过严酷 。为了镌汰这些应用中的光输出 ,同时对颜色和CCT举行严酷控制 ,一个已知的、受控制的电流必需流经LED阵列串 ,然后 ,用受控制的占空比举行斩波控制 。

 

电流源输出端的PWM的另一种要领是斩波控制电源输入电压 ,也称之为“剧场调光” ,这种要领普遍用于客车 。一样平常情形下 ,这种情形在低频(50Hz~1000Hz)时爆发 。必需对这种要领和开关稳压器的使能管脚的PWM举行仔细剖析 ,以防PWM频率和开关频率之间爆发交互 。输入电压的PWM或使能管脚可使开关稳压器爆发振荡 ;镜墓嬖蚴羌岢挚仄德手辽俸峥鏟WM频率两个数目级将会消除这种交互 。

 

驱动LED的须知事项

 

除了在驱动LED时可选择的种种功拓扑以外 ,还要思量到一些其它的须知事项 。LED系统设计者必需意识到对穿过LED的短路或系统中的开路LED故障接纳须要的;げ椒 。设置为恒流源的开关稳压器在处置惩罚穿过LED阵列的短路上没有问题 ,可是 ,若是LED作为开路爆发故障 ,则会将它们的输出电压驱动至系统限额  ?饭收显贖B LED中越发普遍 ,故障源于在过电流或热过载时代 ,捆绑电线有断裂的趋势 。若是是降压稳压器 ,输出电压可以上升到和输入电压一样高 ,是占空比限额的几倍 。由于许多基于降压稳压器的电流源接纳很小的输出电容或不接纳输出电容 ,因此 ,用户可以选择限制输出电路来处置惩罚最大输入电压 ,并且只需在开路条件下使输出电压上升即可 。在这种情形下 ,电流由很小变为没有 ,因此 ,热应力泛起的时机很小 。

 

若是是升压转换器和降压-升压转换器 ,开路系统的输出电压是未界说的 ,并且可以凌驾稳压器IC、功率半导体 ,以及输出滤波器的额定电压 。避免输出电压失控的一种简朴的要领是在输出端到反响输入端之间安排一个齐纳二极管 ,使用在许多开关稳压器上都可以找到的过电压较量器 。

 

别的 ,LED系统设计者应注重驱动高亮度LED带来的散热治理问题 。虽然在本文中没有讨论这一话题 ,可是作者希望设计职员意识到设计和HB LED应用中的散热问题 。

 

结语

 

随着照明天下逐渐向LED过渡 ,要驱动新型高亮度LED必需有足够的电子器件来提供电能 。我们已经先容了在一个系统中设置LED的一些基本要领以及可以用于驱动LED的可能的功率拓扑 。关于LED设置以及功率拓扑的特定解决计划取决于应用限制、系统手艺规范和设计者的偏好 。本文还提醒设计者 :在设计LED驱动系统的历程中应该意识到的潜在危险 。我们只有接纳准确的设计指导方能实现—LED点亮全天下—这一允许 。

 

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