LED电源拓扑结构

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1、LED照明的电源拓扑结构分析随若LED的生产成木下降，其使用愈发普遍,所涵盖的应用范围从手持终端设备到车载,再到建筑照明。LED的窩可靠性（使用寿命超过50,000个小时）、较窩的效率（＞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并菲没仃挑战。可调的乂度需要用恒定电流來驱动LED,并H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來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

2、特性。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定型为带冇一个串联电阻的电压源，其中带冇一则警示说明：本模型仅在单一的工作DC电流下才冇效。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菲常重耍的。当通过降压稳压器驱动LED时，LED常常会根据所选的输岀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L

3、ED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止向压降來确定。由于结温可通过平均功耗來确定，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（lpk-pk=lout）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，那么就需耍降低来口电源的AC纹波电流以

4、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，山于电感器的抑制作用，因此人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。拓扑选择表1中所显示的信息有助于为LED驳动器选择故佳的开关拓扑。除这些拓扑Z外，您还町使用简易的限流电阻器或线性稳压器來驱动LED,但是此类方法通常会浪费过多功率。所有相关的设计参数包括输入电压范围、驱动的LED数量、LED电流、隔离、EMI抑制以及效率。大多数的LED驱动电路都属于下列拓扑类型：降压型、升压型、降压■升压型、SEPIC和反激式

5、拓扑。拓扑结构输入电压(Vin)总大于输出电®Vout)输入电ffiVin)总小于轴出电figVout)綸入电压(Vin)魁出电压(Vout)Jfl输入电ffiVin)>输出电压(Vout)隔离式I谴压拓扑V升压拓扑VAy®*、Sq>ic拓扑V、ST反激犬拓扑、3—口备选的LED电源拓扑图1显示了三种基木的电源拓扑示例。第一个示意图所显示的降压稳压器适用于输出电压总小于输入电压的情形。在图1屮，降压稳丿禾器会通过改变MOSFET的开启时间來控制电流进入LED.电流感应可通过测暈电阻器两端的电压获得，其中该电阻器应与LED串联。对该方法來说，重要的设计难题是如何驱动MOSFET

6、•从性价比的角度来说，推荐使用需耍浮动栅极驱动的N通道场效应晶体管(FET)。这需要一个驱动变压器或浮动驱动电路(其可用于维持内部电压高于输入电压)。图1还显示了备选的降压稳压器(buck#2).在此电路中，MOSFET对接地进行驱动，从而大大降低了张动电路耍求。该电路可选择通过临测FET电流或与LED串联的电流感应电阻来感应LED电流。后者需要一个电平移位电路來获得电源接地的信息，但这会使简单的设计复杂化。另外，图1中还显示了一个升压转换器，该转换器可在输出电压总是人于输入电压时使用。由于MOSFET对接地进行驱动并且电流感应电阻也采用接地参考，因此此类拓扑设讣起來就很容易

7、。该电路的一个不足Z处是在短路期间，通过电感器的电流会毫无限制。您可以通过保险丝或电子断路器的形式來增加故障保护。此外，某些更为复杂的拓扑也可提供此类保护。图1简单的降压和升压型拓扑为LED供电图2显示了两款降压•升压型电路，该电路可在输入电压和输出电压相比时高时低时使用。两者貝有相同的折衷特性（其屮折衷可在有关电流感应电阻和栅极驱动位登的两个降床型拓扑屮显现）。图2屮的降丿斤升压型拓扑显示了一个接地参考的栅极驱动。它需要一个电平移位的电流感应信号，但是该反向降压■升压型电路具有一个接地参考的电流感应和