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  • 高亮度LED凈化燈恒流驅動電路設計

    2018-01-01 08:56:20 admin
    近幾年,高亮度LED凈化燈 (HB LED)在各種照明系統中作為光源日益受到青睞,這是由于高亮度LED具有高度的可靠性,使用壽命可以達到幾十甚至幾萬小時,比傳統的白熾燈或鹵素燈的使用壽命高出幾個數量級?;谶@一優勢,高亮度LED凈化燈在汽車照明、公共標示與信號標志以及建筑照明中得到普遍應用。

      高亮度LED是經過特殊處理的PN結半導體器件,正向偏置時可發出白光、紅光、綠光或藍光(也可能產生其它顏色光)。作為PN結它們表現出類似于傳統二極管的V-I特性,但具有較高的結壓降。在正向電壓達到VF (從紅光LED的2.5V到藍光LED的4.5V),流過LED的電流很??;一旦正向電壓達到VF,電流將迅速上升(與傳統二極管相同)。因此,必須采用限流措施限制電流的上升,以防LED損壞。目前有三種基本的限流方式,表1對這三種方式進行了對比:

    高亮度LED凈化燈恒流驅動電路設計

    表1 限流方式比較

      假設一個白色LED:VF = 4V、ILED = 350mA、VIN = 12V。

        高亮度LED開關電源

      圖1是基于固定頻率、高集成度PWM開關轉換器MAX5035的高亮度LED凈化燈電源原理圖,輸出電流可達1A。另一類似器件MAX5033的輸出電流可以達到500mA。這款基于電感的buck調節器能夠準確控制流過LED (或幾個串聯LED,總電壓為12V)的電流。MAX5035的開關頻率為125kHz,輸入電壓范圍高達76V (需使用更高額定電壓的輸入電容和二極管)。此電路可以在較寬的輸入電壓范圍內控制并保持恒定的LED電流。表2總結了該電路的設計規格。

    高亮度LED凈化燈恒流驅動電路設計

    圖1 基于固定頻率、高集成度PWM開關轉換器MAX5035的高亮度LED凈化燈電源原理圖
     

    高亮度LED凈化燈恒流驅動電路設計

    表2 圖1電路的基本參數

      利用圖1電路在控制端作用一個電壓調節LED電流(圖2)。圖3給出了這一控制架構的效率。

    高亮度LED凈化燈恒流驅動電路設計

    圖2 利用圖1電路在控制端作用一個電壓調節LED電流

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    圖3 控制架構的效率

        控制電壓與三個并聯檢流電阻的電壓共同作用到IC的反饋(FB)引腳。IC的內部控制環路使FB引腳的電壓保持在大約1.22V,因此,由于控制電壓與電流檢測電壓都必須保持在1.22V (由電阻R1和R5設置),更高的控制電壓將產生更小的電流。

      以下等式除了適用于本例外,還可用來設計其它的輸出電流和控制電壓:

    高亮度LED凈化燈恒流驅動電路設計

      其中:VREF = 1.22V、RSENSE是R2、R3與R4的并聯電阻值(= 5Ω)。

      在許多情況下,利用低頻(50Hz至200Hz) PWM方式調節LED電流非常方便,通過控制脈沖寬度調節亮度(圖4)。雖然LED在每個脈沖期間保持相同亮度,肉眼能夠察覺到短暫的亮度變化,但是,這種調節方法的優點在于光譜保持不變,采用幅度調節時光譜會隨著流過LED電流的變化而改變。

    高亮度LED凈化燈恒流驅動電路設計

     

    圖4 圖1電路低頻PWM亮度調節的控制和LED電流波形

    Ch1:VCONTROL,Ch3:ILED。負載為三個串聯綠色LED,總電壓近似為9.5V。替換小的輸出電容,可以減小關斷時的振蕩幅度。

      采用100Hz、0V至約3.9V的方波控制波形時,LED電流的脈沖如圖4所示。一般來說,低頻PWM調光電路的效率比線性LED調光電路(圖2)更高。

    高亮度LED凈化燈恒流驅動電路設計

    圖5 圖1所示電路的PCB布局圖

        結論

      圖1所示IC (MAX5035、MAX5033)為恒流驅動高亮度LED凈化燈提供了一種高性價比方案,該方案具有以下優勢:

      高開關頻率(125kHz)允許選擇小電抗器件(L1和C2);

      能夠在寬輸入電壓范圍內實現高轉換效率;

      輸出電壓可達12V,能夠驅動三個串聯的高亮度綠色LED;

      無需機械散熱器;

      電壓范圍可擴展至76V,適用于驅動汽車高亮度LED;

      可用于24V信號標志燈和建筑照明;

      通過變化電流檢測電阻R2、R3與R4值,輸出電流可達到1A;

      內置開關功率MOSFET,簡化設計;

      可通過控制輸入引腳,利用模擬電壓幅度(線性調光)調節LED的亮度;

     

      通過控制輸入,利用低頻PWM信號調節亮度。


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