鉅大LARGE | 點擊量:844次 | 2019年12月27日
LED驅動高性能設計與成本控制探討
在LED照明電源的設計中,要將LED電流的精確度控制到與數(shù)字負載的供電電壓的精度相同,既浪費電,又浪費成本。100mA到1A是當前大多數(shù)產(chǎn)品的電流范圍,特別是目前350mA(或者更確切地說,光電半導體結的電流密度為350mA/mm2)是熱管理和照明效率間常采納的折衷方案。
控制LED驅動器的集成電路是硅基的,所以在1.25V的范圍內(nèi)有一個典型的帶隙。要在1.25V處達到1%的容差,亦即需要±12.5mV的電壓范圍。這并不難實現(xiàn),能達到這種容差或更好容差范圍的低價電壓參考電路或電源控制IC種類繁多,價格低廉。當控制輸出電壓時,可在極低功率下使用高精度電阻來反饋輸出電壓(如圖1a所示)。為控制輸出電流,需要對反饋方式做出一些調(diào)整,如圖1b所示。這是目前控制輸出電流的唯一且最簡單的手段。
深入研究之后,就會發(fā)現(xiàn)這種做法的一個主要缺點是:負載和反饋電路二者是完全相同的。參考電壓被加在與LED串聯(lián)的一個電阻上,這意味著參考電壓或LED電流越高,電阻消耗的功率越大。所以,第一代專用LED驅動集成電路的參考電壓要遠低于現(xiàn)在的產(chǎn)品,這類似于電池充電器。電壓更低意味著功耗更低,也意味著更小、更便宜、更低損耗的電流檢測電阻。在圖1b所示的簡單的低端反饋環(huán)境下,200mV是常規(guī)的電壓選擇。但是,要在200mV參考電壓下實現(xiàn)±1%的容差,則需要一個價格很高的集成電路,此時相對于標稱參考電壓的容差為±2mV。盡管這并不是不可能實現(xiàn)的,不過更高的精度需要更高的成本。±2mV的容差需要高精度電壓參考所需的生產(chǎn)、測試和分檔技術,此時,附加成本應花費在更智能的LED驅動器上。新的費用的價值是增加了一個反饋回路,借助該回路,可以利用光輸出(而非電流輸出)來控制如何驅動LED。
測量光輸出
就像數(shù)字產(chǎn)品設計師在電源設計中遇到不確定問題時會采取仿真解決問題那樣,電力電子工程師出身的系統(tǒng)架構師在進行LED燈具設計時會想到高精度的輸出。LED制造商已經(jīng)清楚的表明,光通量與前向電流成正比。利用相同的電流驅動所有LED,那么每個LED會產(chǎn)生相同的光通量。因此,電力電子工程師就會得出結論:高精確度的電流是必須的。這樣一來,他們就忘記了光輸出的流明和勒克斯值(而不是安培值)才是重點。測量電流是很容易的,而相對的,測量光則需要昂貴的大型設備,如圖2所示的積分球,而大部分電子工程師對積分球都不太了解。
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