如何选择LED驱动电源的拓扑结构.doc

《如何选择LED驱动电源的拓扑结构.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、如何选择LED驱动电源的拓扑结构　　LED的高可靠性（使用寿命超过50，000个小时）、较高的效率（》120流明/瓦）以及近乎瞬时的响应能力使其成为极具吸引力的光源。与白炽灯泡200mS的响应时间相比，LED会在短短5nS响应时间内发光。因此，目前它们已在汽车行业的刹车灯中得到广泛采用。　　　　驱动LED　　驱动LED并非没有挑战。可调的亮度需要用恒定电流来驱动LED，并且无论输入电压如何都必须要保持该电流的恒定。这与仅仅将白炽灯泡连接到电池来为其供电相比更具有挑战性。　　LED具有类似于二极管的正向V-I特

2、性。在低于LED开启阈值（白光LED的开启电压阈值大约为3.5V）时，通经该LED的电流非常小。在高于该阈值时，电流会以正向电压形式成指数倍递增。这就允许将LED定型为带有一个串联电阻的电压源，其中带有一则警示说明：本模型仅在单一的工作DC电流下才有效。如果LED中的DC电流发生改变，那么该模型的电阻也应随即改变，以反映新的工作电流。在大的正向电流下，LED中的功率耗散会使设备发热，此举将改变正向压降和动态阻抗。在确定LED阻抗时充分考虑散热环境是非常重要的。　　当通过降压稳压器驱动LED时，LED常常会根据

3、所选的输出滤波器排列来传导电感的AC纹波电流和DC电流。这不仅会提高LED中电流的RMS振幅，而且还会增大其功耗。这样就可提高结温并对LED的使用寿命产生重要影响。如果我们设定一个70%的光输出限制作为LED的使用寿命，那么LED的寿命就会从74摄氏度度下的15，000小时延长到63摄氏度度下的40，000小时。LED的功率损耗由LED电阻乘以RMS电流的平方再加上平均电流乘以正向压降来确定。由于结温可通过平均功耗来确定，因此即使是较大的纹波电流对功耗产生的影响也不大。例如，在降压转换器中，等于DC输出电流（

4、Ipk-pk=Iout）的峰至峰纹波电流会增加不超过10%的总功率损耗。如果远远超过上面的损耗水平，那么就需要降低来自电源的AC纹波电流以便使结温和工作寿命保持不变。一条非常有用的经验法则是结温每降低10摄氏度，半导体寿命就会提高两倍。实际上，由于电感器的抑制作用，因此大多数设计就趋向于更低的纹波电流。此外，LED中的峰值电流不应超过厂商所规定的最大安全工作电流额定值。　　LED驱动电源的拓扑结构选择分析　　采用AC-DC电源的LED照明应用中，电源转换的构建模块包括二极管、开关（FET）、电感及电容及电阻等

5、分立元件用于执行各自功能，而脉宽调制（PWM）稳压器用于控制电源转换。电路中通常加入了变压器的隔离型AC-DC电源转换包含反激、正激及半桥等拓扑结构，参见图3，其中反激拓扑结构是功率小于30W的中低功率应用的标准选择，而半桥结构则最适合于提供更高能效/功率密度。就隔离结构中的变压器而言，其尺寸的大小与开关频率有关，且多数隔离型LED驱动器基本上采用“电子”变压器。　　　　图1：LLC半桥谐振拓扑结构　　采用DC-DC电源的LED照明应用中，可以采用的LED驱动方式有电阻型、线性稳压器及开关稳压器等，基本的应用

6、示意图参见图4。电阻型驱动方式中，调整与LED串联的电流检测电阻即可控制LED的正向电流，这种驱动方式易于设计、成本低，且没有电磁兼容（EMC）问题，劣势是依赖于电压、需要筛选（binning）LED，且能效较低。线性稳压器同样易于设计且没有EMC问题，还支持电流稳流及过流保护（foldback），且提供外部电流设定点，不足在于功率耗散问题，及输入电压要始终高于正向电压，且能效不高。开关稳压器通过PWM控制模块不断控制开关（FET）的开和关，进而控制电流的流动。　　　　图2：常见的DC-DCLED驱动方式　　

7、开关稳压器具有更高的能效，与电压无关，且能控制亮度，不足则是成本相对较高，复杂度也更高，且存在电磁干扰（EMI）问题。LEDDC-DC开关稳压器常见的拓扑结构包括降压（Buck）、升压（Boost）、降压-升压（Buck-Boost）或单端初级电感转换器（SEPIC）等不同类型。其中，所有工作条件下最低输入电压都大于LED串最大电压时采用降压结构，如采用24Vdc驱动6颗串联的LED；与之相反，所有工作条件下最大输入电压都小于最低输出电压时采用升压结构，如采用12Vdc驱动6颗串联的LED；而输入电压与输出电

8、压范围有交迭时可以采用降压-升压或SEPIC结构，如采用12Vdc或12Vac驱动4颗串联的LED，但这种结构的成本及能效最不理想。　　采用交流电源直接驱动LED的方式近年来也获得了一定的发展，其应用示意图参见图5。这种结构中，LED串以相反方向排列，工作在半周期，且LED在线路电压大于正向电压时才导通。这种结构具有其优势，如避免AC-DC转换所带来的功率损耗等。但是，这种结构中LED在低频开关，故