led照明技术知识之降压结构的实现

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1、LED照明技术知识之降压结构的实现在文章的第一部分，我们研究了基本的LED光源和驱动方式。介绍了一些简单的驱动方式，例如电压源/限流电阻的方式和线性稳压电源方式，但LED光源的功率需求和复杂程度的不断增加，使得这些简单的驱动方式已经不在能满足要求。这样就需要•种更加高级开关模式的LED驱动。那到底我们选择用什么样的开关方式呢？在第二部分，我们将探讨为什么开关模式的LED驱动用恒流降压电路表现最好，或者换种说法，为什么要用降压模式？随着LED的广泛应用，在很多地方线性电源这种简单的结构已经不能满足需求。一般情况下，当用电阻的方式设定LED所需的正向电流的时候，这种简单的驱动方式可以连续

2、的由电源向负载提供能量。由于LED的电流与电阻上的相同，所以电阻上产生的功耗会随输入电压的增加而增加。例如，一个用线性电源驱动的LED,效率为70%,用5V线性电源提供1A电流给一个典型的白光InGaNLED（VF=3・5可。在相同的工作条件下，当输入电压上升到12V时，它的效率将会降到30%。在如此低效率的情况下是无法应用的。开关电源开关电源改善了由于输入变化使得效率变化比较大的问题。这种方式是通过控制占空比的方式来满足输出所需要的电压或电流。由于开关电源会产生脉冲式的电压和电流，所以这就需要用…些储能器件（电感或电容）对这些脉冲波形进行整形。和线性电源相反，开关电源可以通过不同的

3、设置来实现电流或电压的降、升或者同时升降的功能。开关电源同样可以在宽的输入或输出范围下实现高效率。在前面的例子中，用•个降压型的开关电源取代线性电源后，当输入电压由5V变到12V后，电路的效率由95%变到98%。开关电源在效率和结构的灵活性上得到了很大的提升，但由于周期性的开关造成了噪声的增加，同时由于结构的复杂使得电路的可靠性下降和成本的上升。恒流型LED电路可以被简单的认为是一个恒流源。拓扑结构的选择应该考虑最少的外部原件和最好的性能为标准，这样可以提高电路的稳定性和减少成本。鉴于LED的动态调光特性好，在设计的时候要考虑使这种特性能够方便应用。幸运的是，基本降压开关电路在实现这

4、些特性的时候表现的非常好，所以LED驱动一般选择降压型开关电源。恒流输出级开关调整器最常用的是电压调整器。图ia为一种基本恒压型降压调整器。降压控制器可以在输入电压变化的情况下，通过控制占空比或频率的变化使输出电压保持恒定。输出所需的电压由下面的公式计算得到(Eq.1)%=电%+R卿VINFI3ATEBasicBuckControllerGNDFB图la：基本降压型电压调整器电感LH1来设置电感电流纹波的峰-峰值AIpp的大小，电容Co用来设置输出电压纹波和输出电压的负载瞬态响应。在这种降压型逆变器中电感的平均电流等于负载电流，因此我们可以通过控制电感电流纹波的峰-峰值来控制负载电流

5、。这样可以使电压源控制的方式转换成电流源控制的方式。图lb为一种基本电流型降压调整器。与恒压型相似，恒流型降压调整器可以在输入电压变化的情况下，通过控制占空比或频率的变化使输出电流IF保持恒定。输出所需的电流由下面的公式计算得到(Eq.2)：VINNGATEBasicBuckControllerGNDFBT■丄Tix--L叽coVo图lb:基本电流型降压调整器在我们设定好LED电流IF之后，我们必须准确的检测电感上的电流。从理论上来说，检测电感电流有很多方式，例如利H1M0SFET的导通阻抗Rdson检测或者用电感的直流电阻检测。但是实际上这些检测方式在精度上不能满足LED电流设置的

6、要求（高亮度LED的精度为5%-15%）。如果直接用电阻RFB来检测IF,这样在精度上就可以满足耍求，但是在电阻上将会产生额外的功耗。降低反馈电压VFB,在同样的检测电流IF（图•2）的情况下可以降低检测电阻的阻值，这样就可以使功耗降到最低。最新的LED驱动大多数提供的参考电压（反馈电压）在50-200毫伏之间。恒流降压调整器独特之处在于输出可以不需耍电容。因为有连续的输出电流和不存在负载瞬态变化，这个调整器中输出电容的作用只是局限于电流滤波器。当我们设置成没有电容的恒流型降压调整器时，此时输出阻抗将大幅增加，而对于升压型来说，由于输出阻抗增加，为了满足输出电流恒定，输出电压也将会大

7、幅增加。结果调光的速度和调光的范围都有了显着的提高。在应用过程中，从背光和机器视觉角度来说调光的范围是一种非常有价值的特性。在另一方面，由于输出电容不足，AC电流的纹波电路需要比较大的电感，以满足LED纹波的要求（正向电流AIF=±5到20%）o在同样的电流纹波吋，大电感会增加面积和LED驱动的成本。因此在恒流降压电路中，输出电容的使用耍在成本、面积和调光的速度、范围之间经行权衡。例如，用纹波电流驱动一个1A的白光LED(VF=3・5V),MF需耍满足±5