LED驱动电路电源方法

发布时间:2009-03-12 22:11:22  来源:838电子    作者:小虎   更新20211025 070643

白光LED驱动器的效率测量和比较必须很小心。典型的电源供应效率量测值是由输出功率除以输入功率计算而得,但使用白光LED驱动器时,重要的输出参数是白光LED的光输出,但这个值的量测并不容易。白光LED提供的功率和电源供应的总输出功率并不相同,用于效率计算的电压应该是白光LED两端的电压,而不是电源供应的输出电压;计算工作效率时,电流感测电阻两端的电压不应包含在输出功率内,这个电阻的功耗是由白光LED驱动器的参考电压所决定,在其它因素都相同的情形下,白光LED驱动器的参考电压越低,它的效率就越高。比较两家制造商的产品效率时,先确认他们对于效率有着相同定义。

选择输入电容
输入电容帮助稳定电源供应器的输入电源阻抗,这在电池供电型系统中极为重要,因为在电源供应的开关频率下,所有电池都会有很高的阻抗。若没有输入电容,交换式电源供应器以脉冲形式自输入端汲取电流时,就会在输入电源线路上产生很大的电压涟波,进而冲击到系统的其余部份。这颗元件建议使用4.7 μF的陶瓷输入电容,但设计人员可以使用更大的电容值,没有任何限制。较小的电容值可以节省电路板面积和成本,但会增加输入的纹波电压,在不增加输入电容之前题下,减少输入纹波电压的方法之一是提高驱动器的开关频率,这可借由减少电感值来达成;在较高的开关频率下,电容阻抗变得较小,这能降低纹波电压。

选择输出电容
交换式升压转换器的输出电容会直接影响输出纹波电压,但输出电压对于白光LED驱动电路并不重要,因此这个设计可以使用低至0.1μF的输出电容。这么小的输出电容确实会造成很大的纹波电压,它会让白光LED出现很大的涟波电流,幸好涟波电流并不会对白光LED造成困扰,显示器亮度是由白光LED平均电流决定,任何频率在100Hz以上的涟波电流都不会被眼睛察觉。假设白光LED电流波形的波峰为30A,波谷为10mA (平均20mA),那么它所产生的显示器亮度会和20mA直流电流完全相同。输出电容最好是使用陶瓷电容,而且它的电压额定值应该高于电源供应器的工作电压,我们的输出电压大约是16V,因此可以使用16V的电容,这是因为就算在故障情形下,输出电压也只会上升至19V,而陶瓷电容都是在两倍的额定电压下完成预烧(burned in),所以16V的输出电容仍在可接受范围内。对于寿命极长或可靠性很高的产品,最好使用电压额定值较高的输出电容。

选择逆向电压保护二极管(Catch Diode)
电源供应的逆向电压保护二极管(图2中的D1)很容易选择,它需要和电感相同的峰值电流额定值,逆向电压额定值必须大于LED两端的电压。正向电压很小的萧特基二极管可以提供最大效率。

布局
选择正确的元件,并为它挑选支援零件,这些都只是设计程序的一部份。电路必须正确布局,让它能正常工作,而且不会产生过多的系统杂讯。图6是最后得到的白光LED驱动器线路图以及重要的电压和电流波形,图7则是典型的电路板布局。在电源供应器中,最重要的布局约束条件就是从D1经过输出电容到地线,再进入元件的地线接脚,然后从元件的SW接脚离开,最后再回到D1,这整个路径所围出来的回路区域,这个回路应该越短越好。 C1的位置必须靠近L1,以提供波形A所示的脉冲电流,此电流从C1出发,经过L1到地线,然后再回到C1,这个实体回路应尽量缩小。波形B是切换点(switch node)的电压,它会以每秒60万次的速度在地电位和输出电压之间切换,因此这个电路节点应该越短越好,减少任何可能的电磁幅射。注意波形B的电流会被分成波形C和D,这两个路径上的电流都非常不连续,因此路径长度必须尽量缩短,减少电磁幅射和电路板的电压摆动。注意输出电容的位置很靠近电源供应,而不是靠近负载,让输出电容靠近电源供应后,所有开关电流将局限在电源供应端。由于电流是从电源供应流向白光LED,波形E几乎就是直流,负载端也不需要电容或是滤波。如果输出电容的位置靠近白光LED,而不是电源供应电路,波形B的电流就会在两张电路板之间流动,使得系统杂讯增加。

结论
这篇文章说明只要完成系统需求定义,正确的白光LED驱动器就更容易选择。若想采用电感式解决方案,零件的选择将由电源供应需求和系统需求来决定。设计人员只要了解每颗零件如何对系统产生影响,就能完成体积或效率最佳化的设计。如果无法在系统电路板上完成正确的电路布局,就算是最好的系统也无法顺利工作;另外,了解电源供应的波形对于产生可以工作的电路布局是非常重要的。


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