led驱动电路范文

时间:2023-03-13 11:04:49

led驱动电路

led驱动电路范文第1篇

【关键词】电解电容;驱动电路;有源纹波补偿;保护电路

1.前言

LED(发光二极管)为新一代的绿色照明光源,具有节能、环保、高亮度、长寿命等诸多优点。它不仅是照明光源的新宠,也与人们的生活戚戚相关。因此,研制长寿命的驱动电源,构建高效率、低成本、高功率因数和是LED灯发光品质和整体性能的关键,也是LED照明技术发展的需要。据不完全统计现有的白炽灯泡寿命比LED灯少约40倍。因为发光二级管不仅是直流电流驱动器件,也是光电转换器,有将光电转换的功能。它的作用主要是通过流动电流,将电能转变为光能,所以其优势是比一般的光源的节能效率和工作寿命都要高。但是,在LED驱动电源的整流电路和滤波电路中一般需要使用大容量的电解电容。电解电容器的寿命一般为l05℃/2000h,就是说当电容周围温度升高到105℃时其寿命只有84天,即使工作在温度为85℃的环境中,使用寿命也仅为332天,所以电解电容是阻碍LED驱动电路寿命的主要原因。为了提高驱动电源的寿命,有必要去掉电解电容,为此文中提出一种无电解电容的高亮度LED驱动电源。

2.LED驱动电路的工作原理

3.LED驱动电路的具体设计

3.1 输入电路的设计

3.1.1 EMI滤波器的设计

3.4 有源纹波补偿电路的设计

3.4.1 有源纹波补偿理论

因为现有的LC滤波电路无法完全滤除纹波,而且电容量小的电容滤波效果更差,所以传统的开关电源输出波纹大,若流过LED的电流纹波过大将不仅影响了LED的光效,而且影响LED的光衰,特别是电解电容由于它的使用寿命短,从而严重的缩短了开关电源和LED的使用寿命。因此,从研究小电容量入手、以输出纹波小、能量变换效率高为内容,以使用的安全性和长期性为目的,构建新型驱动电源,是十分重要的和必要的,是当前急需解决的问题,具有一定的科学性和可靠性。

文献[4]在总结主辅补偿电路的基础上,采用线性电源对电感纹波电流进行补偿的方法,其电路结构如图8所示。通过检测电阻R1的电压来检测电感纹波电流,放大器输出与电感纹波电流反向的补偿电流通过电阻R5将电感纹波电流补偿。该电路通过用电阻匹配来解决纹波电流补偿问题,容易实现;并且省去电解电容,使得电源的使用寿命能够延长。

3.4.2 有源纹波补偿电路的设计与仿真

如图9所示,有源纹波补偿电路由三极管,运算放大器A1,A2,和电感电流检测电阻组成。其原理是通过检测电感两端的电流,通过运算放大器A1和A2比较后控制三极管的开关实现电流的补偿。

4.结束语

目前LED驱动电路中,影响驱动电路整体寿命的主要因素是储能电容,所以本设计采用线性电源抑制输出波纹,达到减小储能电容的电容量的目的,因此可以在不增加输出波纹的情况下采用寿命长的薄膜电容取代电解电容,从而提高LED驱动电路的整体寿命。从仿真结果来看,采用以有源纹波补偿后,电路运行稳定,各项指标满足要求,这说明此方法能够有效的提高了驱动电路的使用寿命。

参考文献

[1]王蓓蓓.无电解电容的高亮度LED驱动电源研究[D].江苏:南京航空航天大学,2009.

[2]马年骏.恒流式LED电源的优化设计与应用[J].能源研究与管理,2011(4):66-69.

[3]孙文婷,羊彦.无电解电容LED驱动电路[J].电子设计工程,2012(14):8-10.

[4]Fu C M-S,Lu D D-C,Sathiakumar S.A novel method to reduce the operating temperature of high power light-emitting diodes[C].Australasian Universities Power Engineering Conference 2008(AUPEC'08).Sydney,NSW.Dec 14-17,2008:1-6.

[5]王官涛.有源纹波补偿降压型LED驱动电源[D].重庆:重庆大学,2011.

led驱动电路范文第2篇

LED是发光二极管的简称,由多种化学物质制成。LED当电子与空穴复合时能辐射出可见光。因此,多应用在电路或仪器中作为指示灯或组成文字或数字显示。LED根据化学成本的不同分为有机发光二极管和无机发光二极管,LED能够将电能转化成光能。当给发光二极管加上正向电压后,从p区注入n区的空穴和由n区注入到p区的电子,在PN结附近数微米内分别于与n区的电子和p区的空穴复合,产生自发辐射的荧光。LED电子元件最早出现在一九六二年,由于技术限制和成本限制,早期LED只能发出低光度的红光。

随着经济及科技的不断发展,LED技术开始逐渐成熟,能够发出可见光、红外线、紫外线等等,并且于早期的led相比光度也得到了明显的提高。而用途也从最早的指示灯、显示板等,逐渐被应用到显示器、电视剧、照明系统等现代技术中。近些年LED技术水平发生着质的变化,有了飞跃突破,不仅性能更好,且价格越来越低廉,组合式管芯的出现,更提高了LED管的功率,并且软件技术在LED中的应用使得LED照明更加便利。LED不仅具有节能、环保、安全、寿命等特点,并且功耗低、光束集中、维护简单,启动无延时。

LED技术不仅广光效率超过了白炽灯,并且光强已达到了烛光级,LED的应用领域正在不断扩张。超光亮LED可作为汽车刹车灯、方向灯、尾灯以及车内照明与仪表盘照明。

二、汽车电子中的LED驱动电路设计

目前在汽车电子中LED驱动电路设计中,应加强对升压和恒流方面的考虑,从而让LED驱动电路时刻保持最好的工作状态,节省维护成本和造价,让LED驱动电路更加方便。设计中要选用光电系能俱佳的LED元件,首先必须保障元件的亮度均匀,元件内部要采用高电压、低导通电阻来提高效率。

另一方面,功耗问题也要考虑其中,在不影响发强光的情况下尽量降低功耗,从而提升整个LED驱动电路的性能。此外,在LED点阵电路设计中,出于安全考虑必须要估计到热量问题,避免热量损坏驱动电路电子元件,所以必须要对整个驱动电路散热进行设计,这样才能保障整个驱动电路的使用寿命。设计中可以将整个驱动电路分为上下两层,并且尽可能保持使用短引线来减小电容,上层为LED点阵电路,下层为驱动电路。这种设计方式既保障了流经LED驱动电路两端的电压能够保持恒定,由保障了发光的均匀性,更降低了能耗。LED驱动电路在汽车电子中的应用促进了汽车产业发展,加强汽车电子中LED驱动电路设计意义重大。

三、结束语

通过以上分析不难看出LED驱动电路对汽车电子的意义,但想要保障汽车电子性能的发挥,必须做好LED驱动电路设计。汽车性能关乎消费者生命安全,所以在汽车电子中的LED驱动电路设计中必须选用抗压、抗高温、抗震、恒流稳定的高性能LED元件。

led驱动电路范文第3篇

关键词:LED,驱动电路,恒压电路,恒流电路

中图分类号:TP391 文献标志码:A 文章编号:2095-1302(2014)10-00-02

0 引 言

LED具有低功耗、无污染的特点,是节约型的绿色光源,是照明领域的发展趋势[1]。LED驱动电路是介于电网电压与LED之间的电源适配器,需满足高可靠性、高效率、高功率因数等特点,还需要对LED起一定的保护作用[2]。因此,为充分发挥LED的优势,需配备相应的恒压恒流驱动电路。本文设计了一种性价比高的新型LED驱动电路,该电路采用光耦与电压跌落补偿电路保证恒压恒流特性。此电路还具有电压可调的特点,可驱动工作电流在20~40 mA的发光二极管。

1 电路结构与原理

本文设计的电路主要由滤波电路、调压电路、光耦恒流电路三个部分组成。输入电压为220 V电网电压,输出为恒定电压电流,此电路适用于普通LED灯具。LED驱动电路如图1所示。

图1 LED驱动电路图

其中,第一部分为滤波电路,用于抑制电网谐波与干扰,由C1~C6与TR1组成双向EMI滤波电路;第二部分为调压电路,通过选择合适的L1和TR2参数,满足使用需求;第三部分为恒流控制电路,输出与所驱动LED相接。图1中,BR1为桥式整流电路,用于检测整流效果,衔接调压电路。下面详述三个主要电路。

1.1 滤波电路设计

滤波器由C1~C6与TR1组成双向电磁干扰(EMI)滤波器。其中,TR1为共模电感,选择磁导率高、高频性能好的共模电感可以有效抑制共模噪声;C1,C2,C5,C6为共模电容,用于抑制高频共模干扰信号;C3,C4为差模电容,用于抑制电网中的差模噪声[3]。此滤波电路不仅能够抑制电网存在的外部电磁干扰,还能避免驱动电路向外部发出噪声干扰。

EMI滤波参数选择:共模电感选择要求磁导率高,高频性能好。电感大小视额定电流选择。共模电容取值范围为2000~6 400 pF,差模电容取值范围为0.1~1μF。本文的参数设计为,共模电感5 mH/100 Mhz,共模电容3 000 pF,差模电容取值1μF。

1.2 调压电路设计

本文设计的调压电路为阻感性负载的交流调压电路[4],等效电路如图2。其中L为电感L1,C为C7,C9,C10等效电容,R为剩余所有元件等效电阻,要求 。

图2 调压电路等效电路图

由等效电路知调压负载电流应满足:

其中,uC为电解电容最大储能值。

解得:

其中:ω0为初始频率,ω为输出频率,,β为输出电压滞后输入电压角度。

在本电路中,等效电路L1=1 500 mH时,经调压电路输出的电压幅值为55 V,输出频率为100 Hz。输出电压接近正弦波,在幅值附近近似线性。

1.3 恒压恒流电路

在恒压恒流恒流电路中,D1,D4,R4,R10,R22组成电压控制电路,Q1,R4与R5组成电压跌落补偿控制电路,R6,R7与U1组成恒流控制电路。L11与C14使驱动电路与负载电路隔离开来,避免相互影响[5]。

恒压工作原理:电路正常工作时,输入电压经D2,R3,R5,R4为Q1提供基极偏执电流,输出电压为R5压降与稳压管D4之和。当电压发生跌落情况,负载电流通过R3,由此在R3上产生的压降使D1导通,经过R22,为Q1提供基极偏置电流,使得负载电流增加,输出电压增加,补偿电压跌落直至电路正常工作,由此保证电路输出电压恒定。

恒流工作原理:恒流电路可以根据需求预先设定恒流电流大小。当U1引脚1上输出电流没有达到恒流设定点,R7压降很低,接近于地,此时光耦不发挥作用,为电流输出。当U1引脚1上输出电流到达设定点,集电极端R7上压降增大,此电压经过电阻R6转换为电流又增加到引脚1端,使输出电流趋于稳定,稳定电流与设定恒流电流相等。

2 调压电路仿真测试

在电压输出端接3盏LED,串联电阻为1 kΩ。将调压电路输出端接示波器信号A,将恒压恒流电路输出端接示波器B,示波器上得到波形如图3(其中黑色为信号A,红色为信号B),调整电感L1,得到调压电路测试数据如表1。 由表1可知,电感L1在500~2 000 mH之间变化时,驱动电路输出电压在55.5~20.5 V内连续可调。

3 恒压恒流电路仿真测试

在测试中电感L1固定不变(本文L1=1 000 mH),即调压电压输出端不变,电流输出端串联1盏LED,将恒流恒压电路输出端接示波器信号A,在电流输出端接电流探针。调整电源电压在±10%内波动,得到恒流恒压电路测试数据如表2。由表2可以看出,输入电压在±10%内波动时,输出电流波动不超过5%,输出电压波动不超过9%,满足LED驱动电路设计要求。

图3 LED驱动电路输出波形图

表1 调压电路测试数电感L(mH) 调压电路输出

电压最大值(V) 调压电路输出

电压最小值(V) 驱动电路

电压输出(V)

500 150 -200 55.57

800 100 -132 39.85

1 300 65 -80 27.76

1 500 54 -75 25.04

2 000 45 -53 20.54

表2 恒流恒压电路测试数据

输入电压值(V) 驱动电路输出电流(mA) 输出

电流波动 驱动电路输出电压(V) 输出

电压波动

237.6 22.94 0.79% 35.96 6.08%

227.7 22.87 0.48% 34.84 2.78%

220 22.76 0 33.9 0

212.3 22.50 -1.14% 33.1 -2.36%

205.7 22.36 -1.76% 32.35 -4.57%

198 21.98 -3.43% 31.35 -7.52%

4 结 语

本文设计了一种新型LED驱动电路,此电路不仅具有较好的恒流恒压特性,还具有输出电压可调的特点,且输出电压与输出电流端都与驱动电路相互隔离,避免驱动电路和LED负载电路相互影响。测试结果表明,在电网电压波动±10%内,输出电压与电流波动在4%和8%之间,电感在500~2000 mH范围内变化时,相应输出电压变化范围为20.5~55.5 V之间,满足LED驱动电路的使用要求。

参考文献

[1].半导体照明产业发展须关注一个重点[J].电源世界,2009(10):8.

[2]甘彬,冯红年,金尚忠.大功率白色发光二极管的特性研究[J].光学仪器,2005(5):34-36.

[3]裘乔安,余万能,褚建新.通用变频器输出滤波电路设计[J].上海海事大学学报,2007(4):45-49.

[4]何华斌.改善谐波影响的电子调压电路设计与仿真分析[J].计算机仿真,2013,30(4):125-128,434.

led驱动电路范文第4篇

关键词 LED光源;反激式;恒流电路;功率因数校正;连续导通模式

中图分类号TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2016)161-0174-03

LED即为发光二极管的缩写,其英文全称为Light Emitting Diode,它是在具备普通二极管性质的基础上,具有发光特质的半导体组件。在其工作过程中,LED的核心为具有单向导电性能的PN结,当给予PN结正向电压时,电能会被转化为光能,这是由于电子会由N区移动至P区,当电子与多数载流子在P区进行复合是,便会以光的形式将多余的能量释放出来。反之,当给予PN结负向电压时,少数载流子难以与电子复合,空间电荷区变宽,则没有多余的能量释放,故不能发光。通常采用发光效率、发光强度、光通量、光强分布和波长等参数来表达LED的光学特性。

基于LED的寿命长、效率高和节能环保等特点,目前已经被广泛应用于城市照明中。结合LED的光通量与电流关系曲线,以及伏安特性曲线的分析,可以得出电流大小对其光照强度有决定性的影响,电流也对其光通量有必然的影响,所以恒定的电流条件才能获得稳定光照强度。基于此,本文对电流的恒定性进行研究,设计了一种反激式电路,其输出功率为120W,输出电压为33V~37V,该电路可以通过结合功率因数校正电路和反激式变换电路的方法来进行设计,采用串联和并联混合使用的方法,为120只功率为1W的LED照明灯提供电流输入。最终,本文建立了一种反激式LED恒流驱动电路。

1 LED恒流驱动电路组成

本文结合功率因数校正电路和反激式变换电路的理念,设计了一种恒流驱动的LED电路。它主要有220V交流电压为输入,通过EMI滤波、整波滤波、升压交变等部分组成,其中,交变电流通过EMI滤波及整流滤波后,继而进入到校正电路中对功率进行校正,而后续的反激式变换电路则进行降压交换处理,恒流控制则采用AP4310芯片为核心的电路进行,继而抽样调整,最终将稳定的恒流输入到LED光照设备中。该电路体系中,通过过流、过压以及过温3种保护方式来进行电路保护。

2 LED恒流驱动电路设计

2.1 LED负载为混联方式

如图1所示,LED负载排布为串联和并联混合使用的矩阵排布方式,对120只功率均为1W的LED灯组成。其中,串联的LED上的电流基本一致,但由于数量较多,其输出电压则会较大;采用并联方式连接是,其输出电压相对较低,但对驱动电流容量要求则相对高一些。

式中,I1-L表示支路电流,I0为总输出电流,L为LED的并联列数,V0为输出电压,Vi为单个LED灯的正向电压,H为单个并联支路中串联的LED灯个数,RP则表示其单个LED的电阻。

2.2 LED恒流源输入整流滤波电路设计

如图2所示为EMI滤波及整流滤波电路,其中R1-3为压敏电阻器,主要用来电路中的过电压,R4为热敏电阻,用来调整电路接通瞬间的浪通电流。而两级共轭滤波电路则由LP1-2和R5-6等部分组成,RY1-2接机。B1为整流桥,主要实现电压的直流转换。

2.3 功率因数校正电路设计

功率因素校正的主要有单级式和双级式这两种电路的结构[ 1 ]。在这篇文章里所采用的是双极式的电路。这一功率校正电路的前级所采用的压式变换器是以OB6563这一芯片组成的,由于功率因数的大大增加,使其能够提供大概400V直流电压以确保后级电路的工作。在连续导通CCM模式的控制之下,电路控制策略是由芯片的乘法器进行运算的。在这款高性能的PFC芯片,拥有着9.5V~28V的较为宽广的工作范围[2,3],而与大电压范围对应的缺失较小的工作电流。对于其组成部分,则包含了场效应模式下的管驱动逻辑电路、零电流的检测(ZCD)处理电路以及针对总谐波分布进行优化的乘法器等,能够对电流进行逐周期的限制,并且还能够在电压不够时进行限制,在电压过高时进行保护的功能。

2.4 恒流控制电路设计

如图3所示为恒流控制的电路图,图中运放负反馈元件为C4~5、R6~7,Rt为热敏电阻,R13~14为电阻,其与Q3形成过温补偿电路。由图可知,其中AP4310芯片为核心组成部分之一,且该芯片拥有独立的两路开环误差放大器[4,5]。在其工作过程中,通过运放1来进行电压的操控,由R1 1等进行输出电压LED到芯片2脚的等分压输入处理,且保持其3脚处拥有2.5V的稳定电压。对于其二极管D1的光耦,则由放大器1进行输出,以进行LED电压的反馈电路的构建。而电流操控则由运放2进行。对R3电阻进行电流取样,并将其转换的电压输送到芯片6脚,对于二极管D3的光耦则由放大器2进行输出,以进行LED电流的反馈电路的构建,且在此过程中,反馈位置为如前所述反激式变换级,以对电流进行稳定处理。

2.5 部分参数测试

论文的试验结果如图4所示。图中的(a)图是功率因数乘法器输入电压取样点电压,电压值保持在0.8V左右。如图4(b)所示为针对功率因数乘法器的输出电压的取样结果,约为2.4V。如图4(c)所示为反激变换场效应条件下的管漏极电压的波形图。从图中能够发现,漏极电压幅值峰的最高值大概是340V,并保持在5.5μs左右的导通时间。如图4(d)所示为对于反激变换电路进行电流取样后的电阻电压的波形图,其电压的最大极值约为0.24V左右,当达到峰值时,立马停止场效应管。如图4(e)所示为输出电流-电压的曲线,当其电压处于220V时,该曲线则可以对调整负载进行检测获得。【560】在负载在10Ω到24Ω变化时(之中间隔1Ω),单只LED管电流开始从0.290A慢慢降低到0.282A,电流变化量大概是0.08A,电流稳定程度大概是2.7%,电压从35.2V提升到约36.8V后,开始变得恒定。图中的(f)是LED恒定电流源输出电压纹波曲线,在图上可以发现,纹波比较小,最高值大概是70mV。利用针对LED恒定电流源开始长时间运作通电检测,结论表示运作稳定,可以达到驱动数只大功率LED的目的。

3 结论

本文通过理论分析,核心内容是构造了一种输出功率是120W的反激式变换LED恒定电流驱动电路,它的输出电压范围是33V~37V,可以在120只功率是1W的LED管运用10串联12并联混合联接的模式构成的LED阵列中供给驱动电源。借助对它们功率因数校正电路、反激式变换电路、恒定电流操控电路采取试验和性能检测,可以发现它们的负载在10Ω到24Ω变换时,恒定电流效果更好,电流稳定程度为2.7%左右,输出电压纹波较低,仅仅是70mV左右,有效地展现了该反激式LED恒定电流驱动电路,实现了大功率LED驱动和稳定电流的作用。

参考文献

[1]李环平.LED驱动电源的研究与设计[D].华南理工大学,2010.

[2]李振森.单级PFC反激式LED驱动电源设计与研究[D].杭州电子科技大学,2010.

[3]蒋汇.一种离线反激式的LED恒流驱动芯片设计[D].电子科技大学,2014.

[4]王世松,刘廷章,尚晓锋,沈晶杰.基于TNY279的LED恒流驱动电路的设计与实现[J].电力电子技术,2011(3):93-96.

led驱动电路范文第5篇

【关键词】LED恒流驱动 高压

LED光源的稳定性、低耗能、耐用性等特点比起传统电源来讲优势明显,使得高压LED恒流电路的研究更加具有非凡的价值。对驱动电路的研发过程中,驱动芯片的开发、设计显得尤为关键。驱动IC在研发设计中,必须考虑到电压的不稳定性给电路工作带来的挑战。从另一个方面来讲,驱动IC在高压LED电路施工过程中决定着是否能研发成功。在LED工作过程中,驱动电路设计的架构都会影响电路工作的过程,对其电路的研发设计都具有很广泛的市场前景。

1 高压LED恒流驱动芯片发展现状

高压LED恒流驱动IC在整个电路的施工设计过程中的关键性都使得国内厂商在此领域热情高涨。生产厂家为了自身的LED光源质量的提高,对驱动芯片的研发都投入了巨大的资金。跟国外产品比起来,从产品的特性、造型等方面依然有一定的差距。这也是受制于LED驱动芯片研发周期长的性质所决定的。随着国内厂家研发过程的持续,这些产品陆续投入到实际生产中,高质量的LED高压电路驱动芯片会不断研发出来。

高压LED电路在工作的过程中,其成本及能耗很大程度上取决于其驱动IC的质量及特性。驱动IC的研发对降低LED光源的成本有着非常现实的意义。驱动IC在工作过程中主要承受40V电压,这就必须将平常电压220V转换成驱动IC 能承受及工作的电压,这就无形中提高了驱动IC的使用成本。在这一研发过程中,驱动芯片当中的电压转换器及稳定器的研发设计都是关键中的关键。驱动芯片在工作过程中,其耐压性如何都决定了LED光源的质量,也从一定程度上决定了驱动电路的成功与否。

国外许多值得借鉴的经验教训非常值得我们学习,这对驱动芯片的研发设计是非常重要的一环。随着LED 光源应用越来越广泛,LED电路驱动IC的研发还将进一步深入,这对建设节约型能源的社会需求是一致的。

2 高压LED恒流驱动电路的设计方案

高压LED恒流电路设计的过程中,对工作电压的要求相对较高。一般来讲,需要将控制电压稳定在3.6V,这样才能稳定的控制高压LED电路的正常运转。在这一过程中,常用的电池供电都达不到持久的将电压稳定在这一范围,这就对恒压电路的研发设计提出了挑战。LED光源的稳定性取决于电路设计的质量高低,在此,稳定的控制电压决定了电路工作的稳定性。对于LED光源来讲,驱动电路设计方案必须符合LED光源的大致需求,并且要对其稳定性、耐压性进行严格的检测,经过长时间的工作数据及大量案例分析,设计出理想的工作电路。

对于LED光源的控制来讲,电路设计方案的产生都会面临极大的挑战,电路设计是采用串联还是并联都或多或少的对电路的工作的稳定性有影响。LED光源的型号、规模的多样性,使得驱动电路设计方案的不同。在实际设计过程中,还要对多种方案进行必要的工作测试,这样才能应用到实际的LED光源当中。

LED驱动电路结构通常为三类,下面对这几种结构进行简单说明。

2.1 线性结构

线性结构(LDO结构)的基本构件包括:调整管、稳压电源、比例电阻、误差测算器。这种结构往往涉及简单、易操作。并且这种结构构件成本较低,非常受市场的欢迎。但是这样的结构也有明显的缺陷。线性结构由于电路设计的特殊性只能对增压有着明显的效果,反之对降低电压明显不足。在输出电压的过程中,当电压升高时,调整管中电压电流会明显减小,从而降低电压输出,这就在一定程度上达到了稳压的目的。

2.2 电容式开关结构

电容式开关结构是以元器件电容为结构基础的一种电路结构,这也决定了该结构具有体积小、高效能的特点。在电路的实际工作过程中,该结构能适应多种LED电路的结构布置。这提高了LED光源的应用市场,使得LED光源的低耗能特性得到应用推广。输入电压往往对于电路来讲具有明显的不确定性,也就是说电压的不稳定性对于电容式开关结构来讲是种考验,如何在电路导通的时候,对电压的稳定性起到关键性的支持作用,决定了该设计结构的成功与否。

2.3 电感式开关结构

这一部分可通过3种结构来实现,分别为升压、降压和反转型的,不管是哪种类型的,均是为了保证电流的灵活控制和电路输出端的及时保护。尤其对于反转型的电感式开关结构来说,需要加入一定的反馈作用机制,促成电路反馈环形结构的实现,在电压调整过程发挥稳定作用。

3 高压LED恒流驱动电路的验证分析

通过笔者对上文中LED恒流驱动电路的设计方案进一步分析,并对电路中所用的芯片HV9911进行研究可知,整体的横流电路可以分为以下几个部分,比如线性稳压器、上电复位、DC一DC电路、过爪保护等具体作用模块。为了保证横流电路设计的科学有效,还进行了一定的验证分析。

可以说这整个电路部分的作用机理中最为重要的就是内部的线性稳压器模块,这一部分通过对系统外部的高电压进行一定的恒压处理,使之能够稳定在8.IV左右,当然这样一个数值仍然与我们所用芯片的具体性能参数存在着些许出入,不过已经可以稳定地为芯片提供电量需要,当然为了进一步实现其横流高压功能,还设计了斜坡补偿电路,这部分在进行功能验证时发挥重要作用。另外的电压是基准电压模块所产生的,能够分去1.27V的压力;而功耗最小的就是上电复位电路,在整个电路没有耗电之前,这部分电路也处于完全无压力状态,不需要开启。

进一步的仿真结果也充分说明了本电路可以实现对系统的恒流驱动以及各种调光、保护功能,当然还能显示出一定的电流控制效果。除了实现芯片对电压的需求外,电路整体性能也达到了预设方案的效果,证明本研究的可行性和科学性。

参考文献

[1]周志敏,周纪海,纪爱华等.LED驱动电路设计与应用[M].北京:人民邮电出版社,2006.

[2]朱正涌著.半导体集成电路[M].北京:清华大学出版社,2001.

[3]攀磊,戴宇杰,张子兴等一种用于斜坡补偿的振荡器设计[J].微电子器件与术.2009,46(5).

作者单位

led驱动电路范文第6篇

尽管白光LED优点很多,但LED驱动电路的设计却面临着重大挑战。空间限制的要求和散热的要求都对设计有所限制。最后,设计师们还必须认真考虑EMI要求对其设计的影响。

在低功率(≤3W)照明应用中,设计师部使用了现成的非隔离式、基于电感的降压式和升降式开关模式电源。本文将对这两种拓扑结构进行比较,论述各自的优缺点。

两种拓扑结构

为配置为基本降压式转换器和基本升降压式转换器的LinkSwitch-TN器件。通过在单片IC上集成一个功率MOSFET,振荡器、简单的开/关控制、一个高压开关电流源、频率抖动、逐周期电流限流及热关断电路,可以简化转换器阶段的设计复杂度并减少元件数。LinkSwitch-TN器件可通过漏极引脚实现自供电,无需使用偏置电源及相关电路。它极具成本效益,可用来替代输出电流小于或等于360mA的线性和电容降压式非隔离电源,因此能够提供出色的输入电压调整率和负载调整率。与无源元件电源方案相比,它的效率更高,而功率因子则比电容降压式方案高。

降压式转换器具有诸多优点。首先,它可以最大化所选LinkSwitch-TN器件的可用输出功率以及电感值。同时还可以降低电源开关和续流二极管的电压应力。此外,流经输出电感的平均电流要略低于同类升降压式转换器中的平均电流。

升降压式转换器与降压式转换器相比,其配置具有一大优点,即输出二极管与负载串联。在降压式转换器中,如果MOSFET发生短路故障,输入将直接与输出相连。而在升降压式转换器中发生此类情况时,反向偏压输出二极管则会阻断输入和输出之间的通路。

在这两种转换器中,AC输入经D1、D2、C1、C2、RF1和RF2整流滤波。两个二极管可以增强输入电涌承受能力和传导EMI性能。设计师应该使用可熔阻燃电阻作为RFI,但可以使用只具阻燃功能的电阻作为RF2。IAnkswitch-TN器件中的开/关控制用于调节输出电流。一旦进入反馈(FB)引脚的电流超过49μA,MOSFET开关将被禁用,以便进入下一开关周期。

降低热量

设计LED驱动电路所面临的主要挑战是散热问题。即使采用比白炽灯技术效率更高的技术,3W的电路也将会达到可危及器件完整性的温度级别。而且,将驱动电子器件集成到具有严格限制的标准GU10灯座中时也会遇到严峻的散热挑战。设计者解决该问题的唯一途径便是将热量传导至灯泡的旋入式灯座上。LinkSwitchTN器件中添加有一热关断电路,在结温度超过142℃时可禁用功率MOSFET,从而防止LED遭受潜在的损坏。一旦结温度下降75℃,MOSFET将自动重新开启。

与降压拓扑结构相比,升降压拓扑结构的效率要略低一些,这是因为功率不会在MOSFET开关每次打开时都传输到输出端。因此,它产生的热量比降压拓扑结构多。不过差别不太明显。

为确保电路拓扑结构符合热调节要求,设计师将电源组件安装到灯座中,然后测量LNK306DN源极引脚的温度。在理想情况下,源极引脚的温度不应超出100℃。在25℃的室内环境温度下测量的结果表明,V10值上升到265VAC时,源极引脚温度将超过100℃。鉴于这些结果,设计师断定可能对某些额外的散热器有热限制方面的要求,比如将LED散热片放下UI SO-8C封装顶端。

控制EMI

LED驱动电子器件电路必须符合严格的EN55022B/CISPR22B传导EMI要求。鉴于开关IC的高开关频率和GUIO灯座有限的尺寸大小,这些要求给灯泡设计师又带来了重大挑战。在升降压电路拓扑结构中,EMI噪声电流环路~MOSFET流向输出二极管、输出电容,然后返回输入电容;而在降压电路配置中,该电流环路从MOSFET流向续流二极管,然后返回输入电容,因此较前者中的环路短。因此,上述情况导致在升降压设计中略微降低噪声要更困难。

为了符合行业EMI规范,工程师决定将驱动电子器件分成两个电路板:位于顶部的转换器电路板与位于底部的输入整流/EMI滤波器电路板。然后他们在两个电路板之间放置法拉第屏蔽。电气连接到转换器电路板的屏蔽含有一个单面铜铂区域PCB,后者的构造尺寸与底部输入整流/EMl滤波器电路板相同。使用本设计驱动3个LED,其测试结果显示,传导EMI在输入电压为230VAC的最差情况下约为7dBμV,低于行业EMI要求。

从成本的角度来看,这两种电路拓扑结构具有类似的优点。重要的是,典型的设计要求使用约25个器件,并且允许使用现成的低成本电感,而不是使用自定义变压器。

led驱动电路范文第7篇

摘要:发光二极管(LED)具有耗能少、寿命长、成本低等特点,近年来得到广泛应用。介绍了一种基于MAX1916芯片的亮度可调的LED驱动电路,利用改变脉宽的方法来改变LED的发光强度。

关键词: 发光二极管;驱动;脉宽

中图分类号:TN312+.8文献标识码:B

Development of LED Lightness Control Circuit Based on MAX1916

LI Liang-cheng , ZHANG Yong-shun, LI Zhong-hong

(Staff Room of Medical Image, Bethune Military Medical College,

Shijiazhuang050081, china)

Abstract: Recently, LED has been applied widely. It has the characteristics of less consumption, longer life and lower cost. This article will introduce a sort of drive current of LED which is based on MAX1916.It adjusts the brightness of LED by changing the breadth of impulse.

Keywords:light-emitting diode(LED);drive;pulse breadth

1 LED

近年来,随着能源短缺现象越来越严重,节能成为全世界共同关注的话题,绿色节能照明的研究也越来越受到重视。LED为全固态发光体、耐震、热辐射小、无污染,具有发光效率高、耗能少、单色性好以及使用寿命长等优点,近年来在各行业应用得到快速发展。目前,LED 应用主要集中在两个方面:一个是低亮度应用场合,包括手机、PDA 等小型电子产品的背光照明,电子仪表的照明等;另一种是需要高亮度的应用场合,主要采用高功率大晶粒 LED,光点集中,可以得到较高的亮度,利于光学设计。LED 的发光强度由驱动电流决定,驱动电流的大小和波动与LED发光强度有着密切的关系,进而对其稳定性和可靠性有着很大的影响。本电路采用恒流芯片MAX1916为LED提供驱动电流,实现发光强度稳定。

2 MAX1916芯片

Maxim公司生产的MAX1916是一种提供偏置电源的专用LED驱动芯片,采用六管脚薄型SOT23封装,尺寸小,可以代替传统LED设计中的镇流电阻。MAX1916利用1个电阻设置3只LED的偏置电流,匹配度可达0.3%,它具有出色的LED偏置匹配度,电源电压变化时偏置变化小、压差低,转换效率高。图1中VCC为电源电压(2.5~5.5V),VCTRL为控制电压,EN为使能端,当控制端输入电压大于2.5V时,器件工作,输出电流驱动LED燃亮;当输入电压小于2.2V时, LED1、LED2、LED3端呈现高阻抗,不能燃亮。

SET是偏置电流输入端,它与3只LED输出电流的关系为ILED= 230 x ISET,而ISET=(VCTRL-VSET)/RSET ,其中VSET = 1.215V,即:

ILED=230(VCTRL-1.省略。

“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”

led驱动电路范文第8篇

德州仪器TLC5940等恒定电流多信道LED驱动器(图1)会以OUT0~OUT15的内部恒定电流汲入来控制LED电流,可使被驱动的LED全都达到一致的亮度。其设计是以微处理器来控制每颗LED的个别亮度。仔细注意控制信号,即可发现该IC可用于仅有脉冲宽度调变(PWM)信号或启动(ENABLE)信号的简易应用中。

此恒定电流多信道LED驱动器仅用一个额外的三路逻辑反相器(triple logic inverter)取代MCU,并减少单一脉冲宽度调变/启动信号所需的控制信号(图2)。恒定电流多信道LED驱动器内含原厂设定的EEPROM,可针对全部的LED提供完整的电流亮度。减少DCPRG接脚数会迫使IC使用内部EEPROM,便不需要从外部对各个输出进行程序设计。外部启动信号搭配逻辑反相器所提供的时间延迟,能够产生启用IC和启动全部输出所需的时序和控制。在BLANK信号边缘下降后,GSCLK信号边缘会紧接着上升,此时全部OUT0~OUT15恒定电流汲入得以启动,若BLANK信号边缘上升,则会使之停止。三个逻辑反相器可延迟并转换连接至GSCLK的脉冲宽度调变/启动数字信号,以符合TLC5940 BLANK和GSCLK信号的时序需求。

使用一个电阻R1,透过下列公式,即可调整流经全部OUT0~OUT15恒定电流汲入的汲入电流。

16个恒定电流汲入在某些应用中可能不足,使用额外的LED驱动器即可轻易地扩充电路。只需要一个三路逻辑反相器,就可产生全部LED驱动器所需使用的延迟GSCLK信号。如果LED电流需求高于单一输出通道的120mA额定电流,OUT0~OUT15即可并联。将全部的输出并联后,便能以1.92A驱动单一LED。图3显示以1.0A驱动单一LED时,此电路的控制信号和恒定电流输出。

对于更进阶的应用,可于运用在实际电路之前,先在TLC5940的内部EEPROM中以数字方式个别调整和设定OUT0~OUT15恒定电流汲入的全部电流。

led驱动电路范文第9篇

关键词:BUCK 非隔离 准谐振 谷点检测

中图分类号:F02 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2014)04(c)-0010-02

发光二极管作为光源,具有节能、环保、寿命长三大优势。近年来发展起来的高亮度白光LED(high-brightness white LED,HBWLED)更是在工业与民用照明系统、汽车灯具等领域拥有广泛的应用前景。因此,LED的推广应用对能源紧缺的世界各国具有十分重要的意义[1-2]。

LED应用的关键技术之一是提供与其特性相适用的电源或驱动电路。随着对LED照明要求的提高,LED照明对其驱动电源的要求也越来越高。对整灯光效的要求促使LED驱动电源必须具有较高的效率。另外,高功率因数也成为LED驱动电源必须具备的要求。由于安装的要求,LED照明又对其功率密度提出了较高的要求[3-6]。针对上述LED驱动要求,该文提出了基于BUCK电路非隔离LED驱动电源方案。该方案具有以下优点(1)没有光耦且工作频率较高,因此整个电路更加简单,具有更高的功率密度。(2)具有较高的功率因数。(3)反馈电路工作在准谐振的工作模式,使整个电路具有更高的效率。

1 基于Buck变换器的PFC机理

1.1 拓扑结构和电路工作状态

图1为Buck PFC电路,Lf、Cf起滤波作用。为了简化分析,假设:a)电路工作在稳定态;b)所有元器件是理想的;c)电容Cout足够大保证输出电压恒定;d)在一个开关周期内输人电压是常数。

1.2 拓扑结构和电路工作状态

设输人工频交流电压为:

(1)

其中VP为输人工频交流电压幅值。为输人工频交流电压的角频率。

当开关S导通时,流过开关S的电流iS,等于流过电感L的电流iL。

(2)

此处D为开关的导通比,TS为开关周期,t’为一个开关周期内的时间。因此,在每个开关周期开关电流的平均值为:

(3)

图1中滤波电感电容Lf,Cf实现平均。

当D较小时,(3)式可以近似表示为:

(4)

可见交流输人电流与电压几乎同步,且输入电流近似为正弦,功率因子接近1。

对于连续工作模式的BUCK变换器,当开关S导通时,电感和开关电流为:

(5)

输入电流Iin即开关S在一个开关周期的平均电流为:

(6)

可见输入电流始终有一个直流偏移量,这时功率因子将明显降低。

1.3 临界电感

由式(2)可见,在一个开关周期电感电流峰值(即开关电流峰值)为:

(7)

一个开关周期输入能量为:

(8)

一个开关周期内的平均输入功率为:

(9)

半个工频周期内的平均输入能量为:

(10)

因此从交流电网吸取的平均功率为:

(11)

平均功率为:

(12)

由于输入和输出功率必须保持平衡,考虑到变换器的效率?,可以得出:

(13)

因此临界电感为:

(14)

当Buck变换器用于功率因数校正时,其电感量应小于LB,以保证较高的功率因数。

2 准谐振谷点开通技术

开关波形如图2所示,输出电流波形可以用式15表示:

(15)

其中IPK 是电感峰值电流,TEFF是电感电流上升和下降有效时间,tS是开关周期。

准谐振模式为Buck变换器提供了更低的开通电压损耗。因此整个变化器具有更高的效率。(见图3)

3 实验数据和结果

以输入176Vac~264Vac,输出POUT= 18W,VOUT=80V,IOUT=200mA的T8等为例设计样机。

3.1 稳态工作波形

输入176Vac和264Vac的工作波形图分别如图4和图5所示。

3.2 效率测试

效率随输入电压的变化曲线如图6所示。

3.3 基本参数设计

稳态时基本参数测量结果如图7所示。

4 结语

该文提出的基于Buck电路非隔离的LED驱动电路工作在准谐振模式,且控制电路具有谷点检测功能,因此与一般的BUCK电路相比该驱动电源具有更高的效率。实验结果表明了该驱动电源具有较高的效率和功率因数。验证了该LED驱动电源的可行性与有效性。

参考文献

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[2] 雷开卓,韦力,刘树林.DCM Buck-PFC电路的临界电感与波形畸变[J].西北工业大学学报,1999,17(4):589-593.

[3] 严百平,刘树林,陈治明.Buck变换器实现PFC的机理及其仿真[J].电气传动自动化,1998,20(4):68-71.

[4] 王兆安,刘进军.电力电子装置谐波抑制及无功补偿技术的进展[J].电力电子技术,1997(1):100-104.

[5] Bo-Tao,Yim-Shu Lee.Power-factor correction using Cuk converters in discontinuous capacitor voltage mode opera-tion[J].IEEE Transactions on Industrial Electronics,1997,44(5):648-653.

led驱动电路范文第10篇

关键词:大功率;LED;照明驱动电路

中图分类号: C35 文献标识码: A

前言:和以往照明相比,大功率LED驱动电路优点众多。大功率LED已经凭借着其节能等优点成为了各个国家研究机构的重点工作,也成为了照明行业的主要趋势,其优点为自己的发展照亮了发展前途。研究大功率LED对世界的节能环保以及国家的可持续发展有着深远的意义。

一、LED概述

LED也称发光二极管,是一种将电能转换为光能的电子器件,它能实现电能一光能的高效转换。在工作中,当外加电压大于该器件的阀值电压时,发光二极管导通,导通后发光二极管两极电压有小幅变化,流经器件内部的电流快速增大,在该过程中,LED的照明强度与电流的大小成正比例变化,亦即可通过调节电流的大小来调节LED灯的亮度;若继续增大电流,使得内部电流超过额定电流,则在长期工作于该状态后易使其芯片烧坏。

LED是温度敏感的半导体器件,具有非线性的伏安特性,在应用过程中必须使用特定的电源保证LED正常工作的额定电压和电流,并对LED进行保护稳定其工作状态。

二、功率 LED 驱动的研究现状与意义

(一)大功率 LED 驱动电路的研究现状

随着人们对世界能源紧缺问题的认识的提高以及科技的发展,很多国家都加大了研究大功率LED的力度,改进着原材料、制作工艺以及相关的技术。因此,大功率LED在背光和显示面板等市场得到很好的发展,其性能也提升了很多。

大功率LED的发展促进了其在各个领域的应用,比如在室内外的照明,比如汽车的照明等等。因为大功率LED是一种敏感的半导体器件,因此,为了保证其可以稳定地工作,需要设计合理的驱动电路。大功率的LED驱动电源是大功率LED工作的基础,对产品的性能有着直接影响。因为驱动电源的质量良莠不齐,导致了市场上的LED产品的质量也不尽相同,因此,大功率LED生产企业需要重视以下几个问题,着重解决:

1、驱动电源转换效率过低。

转换效率直接影响着LED节能效果如何,很多企业也是因为这一问题而苦恼,需要优秀的工作人员,对设计方法、材料等进行研究总结,从而克服这个问题。

2、驱动电路寿命短。其影响不言而喻,这严重制约LED在市场上的销售,也就阻碍了其推广和发展。

3、成本高。高的成本对企业是一个负担,对产品的推广以及消费人群也是一个负担。

(二)研究大功率 LED 驱动电路的意义

大功率LED可以将电能转化为光能,是一个节能环保的发光系统,为人们的生活照明作出很大贡献,但是,如今非常重要的课题是如何提高其转化效率。LED凭借着其绿色环保、节能、照明效果好等特点,是未来照明的一个发展趋势,在科技发展的前提下,通过对其性能的研究,成本的控制,必将会广泛地应用到各个领域,取代现有照明设备,同时,这也预示了一个节能环保时代的到来。

三、大功率LED照明驱动电路存在的缺点和问题

(一)功率低。市面上的单个LED功率一般在10W以下,这是目前LED难以成为照明首选的最大瓶颈;

(二)需要严格控制工作温度。LED是一种半导体材料,与普通二极管一样具有PN结,由于大功率LED的工作电流比较大,所以与功率半导体器件相同,需要考虑散热问题,结温过高会直接影响LED的寿命,并且会增大LED的光衰,情况严重的会将LED烧坏;

(三)价格高。除了功率低,价格是LED难以大规模应用的主要因素。目前1W级白光LED大约15元/个,如果将几十个LED组合,其成本将大大增加;

(四)驱动电路复杂、昂贵。大功率LED属于低电压、大电流功率器件(1W级白光LED正向电压约为3.5V,正向电流为350mA),必须用直流恒流驱动,驱动电路还要解决从交流电压(220V或110V)向直流低压(如24V或48V)高效转换问题,因此驱动电路较复杂、昂贵。

四、大功率LED照明驱动电路优化设计

LED照明驱动电路存在的缺点会制约LED照明的发展,所以,就要提高功率,控制其工作温度,并且尽量降低生产、销售等各个环节的成本,从而降低市场价格,使其可以融入广大人们群众的生活中去 ,近而促进其发展。

(一)RoN和Ton

首先,设计电路模块的时候,恒定导通的时间要严格控制,需要满足式一的公式要求

Ton=K x RoN/ vIN ≈1.34 x 10-10 x(RON/VIN) (式一)

此外,BUCK变换器频率和占空比有着如下的关系:

(式二)

(式三)

从式三中能够看出,如果能够确定电路工作开关的频率以及输出电压,那么就可以通过式三计算出RoN的数值。开关的频率和所需要的电感成反比,但是考虑到开关的损耗会很大,所以开关频率一般选为250KHz。在实际应用中可以根据需要适当地进行轻微调整,不会造成太大的影响。值得注意的是,这里的输出电压应该是LED串上的压降加上CS采样脚上的0.2V

基准电压值。所以有:

(式四)

因此,实际电路中可以选择1.5 MΩ精度为1%的电阻器。这样,可以计算出实际

工作的开关频率和导通时间Ton:

(式五)

(式六)

2、输出电感L1

由于整体电路的设计采用了输出电容Co,因此电感电流纹波稍微设置大点对

LED照明来说是可以接受的,考虑到电感器体积尺寸和电流纹波,15 %P_P电感电

流纹波是一个比较折中的选择:

(式七)

电感的电流与电压基本关系:

(式八)

在开关管打开Ton时间内,电感电流增大,跟据式九可以计算出所需电感L1

的值:

(式九)

这里算出的电感值为保证电路工作在CCM模式的最小值,与205uH最接近的

标准电感值为220uH,故实际电路中可选择220uH的电感器,另外,为了不让电

感器饱和,电感器的额定电流能力可选择3A左右的。

3、输出电容Co

输出电容的作用是为了减小LED串中的纹波电流,为了计算输出电容,画出

整体电路输出端等效阻抗图如图4-2所示。其中RLED为大功率LED灯的串联动态

阻抗,该阻抗一般可以从LED生产厂家提供的产品数据手册上查到;实在查不到

的情况下,可以用LED的V-I特性曲线在工作点处求导作近似计算,但这样的误

差较大,要谨慎。另外在计算电容阻抗Zc时,为便于计算可近似认为电流纹波为

正弦波。按照电流分流定律有:

(式十)

(式十一)

输出端等效阻抗电路

根据式十一可以推出:

设计中,LED串中的纹波电流希望通过电容控制在50mAp_p,而电感电流纹波 (式十二)

为105mA,负载为两串15颗、每颗动态电阻为1欧姆的大功率LED串并联组

成,所以RLED=7.5Ω。把上述参数带入式(4-13)可以得到:

(式十三)

由于实际输出电容的ESR相比于其交流阻抗来说很小,所以忽略Co的ESR,把

Zc和己选择的开关频率240KHz带入式十二即可得到所需输出电容大小:

(式十四)

4、输入电容C IN

按照电荷守恒定律,输入电容上电荷的变化量应该等于开关管导通时LED串

上消耗的电荷量。所以输入电容可这样计算

(式十五)

为了使输入电容上电压的变化量不超过VTN的1 %p_p,所需输入电容的大小为:

(式十五)

5、肖特基二极管D1

由于设计输入电压为54V,所以考虑20%的耐压裕度,肖特基二极管D1的反

向耐压应该大于67.5V,可以选择100V耐压的管子,保证有足够的裕度。另外,

肖特基二极管是在功率管关断期间工作,所以它的平均电流为:

(式十六)

考虑到实际电路输出电压最低会工作到24V,这时肖特基二极管的平均电流会更

大,所以实际电路中选择电流能力达1A的管子.

6、采样电阻Rsns

根据第二章的论述,恒定导通时间控制的LED驱动电路输出电流波形应该如

图4-3所示。从图中可以得到,输出电流为:

(式十七)

根据式(4-17可计算出采样电阻Rsns、的大小为:

(式十八)

所以,选择0.33欧姆、1%精度1W的大功率电阻即可。

7, CB、CF和C1

这几个电容的选择比较简单,按照经验值即可。通常情况下,自举电容CB

取10nF,滤波电容CF和退藕电容C1取100nF即可。

结束语:在21世纪这个新时代,LED已经逐渐融入到人们的生活中,可以为人们带来很大的方便,并且对降低能耗,保护环境有着重要意义。但是,由于其存在功率低,价格高等问题导致无法在人们的生活中普及,所以,相关设计人员应该强化设计,为人们的生活创造更好的环境,促进LED行业的发展。

参考文献:[1]范永金,王东明,吴刚. 大功率LED照明的驱动和散热设计[J]. 光电技术应用,2014,02:75-78+86.

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