详解大功率LED 恒流驱动的设计原理
0 引言
本文引用地址:http://www.amcfsurvey.com/article/178087.htm光伏发电行业作为一种新兴行业,其发展具有突飞猛进的趋势。光伏照明是光伏产业中的支柱产业。由于光伏电池所发出来的电如果不经过一次变换的话是直流电,因此,LED 光源作为一种直流电光源,尤其适合光伏照明产业。但是,LED 的高效节能的优点要想保证的话,其驱动具有尤为重要的作用。本文对大功率LED 和小功率LED 适合的驱动进行了比较研究。并且提出一种基于PT4115的高效率的大功率LED 恒流驱动解决方案。该种驱动电路简单、高效、成本低,适合当今太阳能产品的市场化发展。
1 LED 工作特性
LED 具有对电压敏感的特性,当LED 两端电压超过其导通电压后。可近似的认为其正向电压VF和正向电流IF 成比例关系。因此,电压的变化会引起电流的变化。
图1 LED 的VF 和IF 特性曲线线
从图1 可以看出电压的微小变化会引起电流的极大变化。由此,可以得出对于LED 应该采用恒流驱动,防止流过LED 电流的极大波动,影响LED 的使用寿命。因此,不管是交流恒流驱动还是直流恒流驱动,其输出端LED 两端电压的峰峰值最好控制电流在几十毫安。
2 LED 常用驱动技术比较研究
2. 1 电阻镇流驱动
图2 采用镇流电阻驱动的原理图
从图2 中可见,采用电阻镇流的驱动方式就是在LED 灯串上串联上镇流电阻。通过镇流电阻降低在LED 灯串上的电压,防止LED 过压被击穿。镇流电阻的驱动方式实际上就是通常所说的恒压驱动方式。该种驱动方式虽然简单,但是在镇流电阻上会有损耗,并且,损耗会随输入电压的增大而增大。因此,该种技术作为最早的驱动技术,已经随着技术的发展,逐渐被取代。
2. 2 PWM恒压驱动方式
众所周之,PWM驱动方式本身具有驱动效率高的优点。因此,采用PWM 恒压驱动方式具有效率高,驱动电路简单的优势。但是,镇流电阻这种恒驱动方式,已经不适合当今光伏照明的简洁、高效的趋势。因此,PWM恒压IC 随之出现。
图3 恒压驱动原理
对于采用恒压驱动(见图3) ,因输出到LED 负载两端的压降不变,如果其中一路的某颗LED 发生短路故障,则这个输出的恒压压降将全部降在其它LED 两端,则剩余的每颗LED 承受的电压可能超过电压额定值,而将其烧毁。
LED 因其VF 值特性原因做不到相同,随着温度及电流大小也有些VF 值也会发生变化,一般不适合并联设计。但是有些情况又不得不并联解决多颗LED 驱动成本问题,就像小功率LED 如果每一路采用一个恒流源会大大增加驱动成本,因此,就必须采用多组LED 灯串并联,而采用恒压驱动的方式进行驱动。
因此, 即使采用恒压驱动的方式, 也要选择PWM恒压驱动IC ,提高驱动效率。
迫于小功率LED 要想实现和大功率相同的照度,所需数量大,如果每路驱动使用一个恒流驱动,将大大增加驱动成本,鉴于此问题,小功率LED 适合采用恒压驱动方式。
2. 3 恒流驱动技术
对于恒流驱动实际上很大程度上是结合PWM恒压驱动高效率的特点,对其进行改造以最简单的方法实现恒流。
对于PWM恒压IC 内置一个基准电压,通过采样反馈端FB 端电压和内置电压比较,以控制PWM输出占空比,以实现恒压驱动。
要进行恒流控制就要在斩波输出端串联一个小电阻,采样其对地电压,然后对其进行放大并反馈到恒压控制端,以进行恒流控制。由于采样电阻串联在输出回路里,要降低落在电阻上的功耗,就要尽量减小电阻的阻值,通常选0. 1 Ω电阻。
采用恒流驱动,必须每一路LED 灯串有一个恒流源驱动。当灯串中单颗LED 发生短路故障时,由于输出电流不变,因此,并不影响其它LED 的光效,采用恒流驱动能大大提高LED 的使用寿命。
3 基于PT4115 的恒流驱动技术
3. 1 PT4115 芯片简介
1) 极少的外部原件
2) 很宽的电压输入范围:从8 V 到30 V
3) 最大输出1. 2 A 电流
4) 复用DIM 引脚进行LED 开关、模拟调光、PWM调光
5) 5 %的输出电流精度
6) LED 开路保护
7) 高达97 %的效率
8) 输出可调的恒流控制方法
9) 内部含有抖频特性,极大的改善EMI
3. 2 典型应用电路
图4 PT4114 典型应用电路
对于PT4115 (见图4) 即可以应用于12~18 V 的交流,也可应用在8 V~30 V 的直流。因此,应用范围更加广泛。并且,驱动电路简单,所需元器件均价格低廉。适合批量、市场化。
3. 3 PT4115 恒流原理
保持采样端(CSN) 输入电压值为IC 内部设定值相对于VIN 电压值不变即可实现恒流。因为:
式中:
ILED ---流过L ED 的电流;
VCSN ---电压检测端电压;
RS ---电流采样电阻。
从式(1) 可见,只要保证采样端电压相对于输入端电压不变,就能使流过LED 的电流恒定。
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