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LED應(yīng)用的電源要求

發(fā)布時(shí)間:2009-11-02 來(lái)源:今日電子

中心議題:
  • LED電源要求
  • 大功率LED電路特點(diǎn)
解決方案:
  • 修改PRM的工作方式以提供穩(wěn)定的電流
  • 通過(guò)檢測(cè)和控制VTM的輸入電流來(lái)控制輸出電流

LED技術(shù)的最新突破使得人們能夠生產(chǎn)出可以輸出寬譜光的LED,而不再僅僅是傳統(tǒng)的紅光和綠光的衍生物。因此用在產(chǎn)品中(照明和其他方面)的LED的絕對(duì)數(shù)量正呈指數(shù)型增加。

從手電筒到汽車(chē)頭燈,再到LCD電視顯示器的背光照明,LED的應(yīng)用正在不斷拓展到新的領(lǐng)域??傊?,LED應(yīng)用迅猛增長(zhǎng)背后最主要的驅(qū)動(dòng)力是LED技術(shù)帶來(lái)的效率提升(即每瓦耗能可以提供更高流明的照明輸出)。

電源要求

與以前的白熾燈相比,LED有不同的電源要求。此外,根據(jù)功率等級(jí)和總體系統(tǒng)要求的不同,驅(qū)動(dòng)LED的最好解決方案也不同。

在傳統(tǒng)的照明解決方案中(如白熾燈照明),負(fù)載呈阻性。功耗以及相應(yīng)的燈的亮度是加到燈上的電壓以及燈的電阻的函數(shù)(根據(jù)歐姆定律)。

光強(qiáng)會(huì)隨著輸入電壓的變化增強(qiáng)或減弱。以汽車(chē)頭燈為例,當(dāng)引擎啟動(dòng)時(shí),電池的電壓較低,因此頭燈會(huì)變暗;一旦引擎開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn),電池的電壓會(huì)恢復(fù),頭燈也隨之恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)亮度。

LED的與傳統(tǒng)白熾燈有著根本的不同。LED的亮度是通過(guò)調(diào)節(jié)LED電流來(lái)控制的,而LED負(fù)載的電阻則會(huì)隨著所加負(fù)載的不同而變化。LED需要恒定的電流,而不是通過(guò)恒定電壓和電阻來(lái)保持恒定的亮度。根據(jù)LED的功率等級(jí)的不同,實(shí)現(xiàn)上述效果的方法也不同。

對(duì)于功率非常低的LED,圖1所示的一種非常簡(jiǎn)單的電路基本就夠用了。與R相比,LED的有效電阻非常小,因此流過(guò)LED的電流由V/R確定。它的缺點(diǎn)如下:
          
           圖1電阻受限LED的簡(jiǎn)易電源解決方案

亮度是電壓的函數(shù)。V的變化實(shí)質(zhì)上會(huì)改變電流,進(jìn)而改變LED的亮度?;氐阶畛醯钠?chē)頭燈的例子——在引擎剛開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)光依然會(huì)很弱。

●這種解決方案無(wú)法利用LED的效率優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榕cLED的電阻相比,R非常大,大部分功率都消耗在R上。

大功率LED

對(duì)于大功率LED,為了將LED的效率優(yōu)勢(shì)最大限度地發(fā)揮出來(lái),需要一種電流受控的解決方案。圖2給出了這種解決方案的一個(gè)實(shí)例。

           
             圖2電流受控的LED供電解決方案

V•I芯片PRM整流器和VTM電壓變換器用來(lái)提供穩(wěn)定的電壓。為了使用PRM和VTM給LED供電,需要修改PRM的工作方式以提供穩(wěn)定的電流。這是通過(guò)采用電流放大器和補(bǔ)償器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

與常規(guī)方法相比,使用PRM和VTM來(lái)提供恒定電流具有幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。在系統(tǒng)中采用VTM可實(shí)現(xiàn)負(fù)載點(diǎn)的電流倍增。根據(jù)下面的公式,VTM的輸出電流正比于它的輸入電流,比值是固定的匝數(shù)比K,IOUT=IIN/K。

因此,在電流受控的應(yīng)用中,可以通過(guò)檢測(cè)和控制VTM的輸入電流來(lái)控制它的輸出電流。檢測(cè)較低的電流需要較小的傳感器,后者會(huì)消耗較少的功率并改善整體效率。同樣,高效率和高功率密度使得整個(gè)LED系統(tǒng)體積小、溫度低,并將每瓦耗能所輸出的流明數(shù)達(dá)到最高。

一項(xiàng)重要的附加優(yōu)勢(shì)是,流過(guò)LED的電流(IOUT)不是輸入電壓的函數(shù)。因此,在我們的汽車(chē)頭燈的例子中,只要流過(guò)LED的電流保持恒定,不管電池電壓是多少,LED的亮度都將保持恒定。這是因?yàn)镻RM是一個(gè)可以隨著V而改變的可變負(fù)電阻,從而提供了一種保持電流恒定的方法。

更為重要的是,PRM的電阻是有效電阻,而不是真實(shí)電阻,這意味著功率損耗非常小,而且不是有效電阻值的函數(shù)。因此,大部分功率都消耗在LED上,使得這個(gè)解決方案同它所使用的LED一樣有效且高效。

這個(gè)解決方案的一些缺點(diǎn)包括其復(fù)雜度明顯比圖1所示的解決方案要高,因此它的正確實(shí)施需要更多的關(guān)注和控制。復(fù)雜度的增加也帶來(lái)了成本的提高,因此這個(gè)解決方案更加適用于大功率LED,在大功率LED中節(jié)省的功率(以及LED運(yùn)行中的電能成本)能夠更容易地彌補(bǔ)掉增加的成本和復(fù)雜度。

最后,對(duì)于LED不同的電源要求,有從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的不同的解決方案可供使用。圖1所示的電阻型限流器簡(jiǎn)單、成本低,但對(duì)大功率LED而言它效率低,不適用。

圖2所示的可調(diào)節(jié)的電流源可以使效率和尺寸達(dá)到最佳,但它們需要更高的成本,并增加了復(fù)雜度??烧{(diào)節(jié)的電流源提供了附加優(yōu)勢(shì),如不受輸入電壓波動(dòng)影響,對(duì)總體系統(tǒng)目標(biāo)而言這些附加優(yōu)勢(shì)可能重要,也可能不重要。LED電源的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注意到可用于給LED供電的不同方案以及整個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)。

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