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當(dāng)前位置:首頁 > 電源 > 電源-LED驅(qū)動(dòng)
[導(dǎo)讀]在科技高度發(fā)展的今天,電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快,LED燈的技術(shù)也在不斷發(fā)展,為我們的城市裝飾得五顏六色。在設(shè)計(jì)LED恒流源時(shí)為保持嚴(yán)格的滯環(huán)電流控制,電感必須足夠大,保證在HO,ON 期間,能向負(fù)載供應(yīng)能量,避免負(fù)載電流顯著下降,導(dǎo)致平均電流跌到期望值以下。

在科技高度發(fā)展的今天,電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快,LED燈的技術(shù)也在不斷發(fā)展,為我們的城市裝飾得五顏六色。在設(shè)計(jì)LED恒流源時(shí)為保持嚴(yán)格的滯環(huán)電流控制,電感必須足夠大,保證在HO,ON 期間,能向負(fù)載供應(yīng)能量,避免負(fù)載電流顯著下降,導(dǎo)致平均電流跌到期望值以下。

首先,我們來看一下電感的影響,假設(shè)沒有輸出電容(COUT)的存在,這樣負(fù)載電流和電感電流完全一致,能更清楚地說明電感的影響。下圖給出了在輸入電壓的變化范圍內(nèi),電感值對(duì)頻率的影響??梢钥闯?,輸入電壓對(duì)頻率的影響很大,電感值在輸入低電壓時(shí)對(duì)降低頻率有很大影響。(注:不一定是和參考圖完全一樣,在此只是說明問題)

 


 

LED的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲(audible noise,或者microphonic noise)。通常白光LED驅(qū)動(dòng)器都屬于開關(guān)電源器件(buck、boost 、charge pump等),其開關(guān)頻率都在1MHz左右,因此在驅(qū)動(dòng)器的典型應(yīng)用中是不會(huì)產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。但是當(dāng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行開關(guān)調(diào)節(jié)的時(shí)候,如果PWM信號(hào)的頻率正好落在200Hz到20kHz之間,白光LED驅(qū)動(dòng)器周圍的電感和輸出電容就會(huì)產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。所以設(shè)計(jì)時(shí)要避免使用20kHz以下低頻段。

我們都知道,一個(gè)低頻的開關(guān)信號(hào)作用于普通的繞線電感(wire winding coil),會(huì)使得電感中的線圈之間互相產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),該機(jī)械振動(dòng)的頻率正好落在上述頻率,電感發(fā)出的噪音就能夠被人耳聽見。電感產(chǎn)生了一部分噪聲,另一部分來自輸出電容。

選擇電感感值大小在參考設(shè)計(jì)范圍左右最多的是您的經(jīng)驗(yàn)值,合適的選擇感值主要需要考慮的條件是線路工作在合適的頻率范圍、合適的開關(guān)頻率減少M(fèi)OS開關(guān)次數(shù),減少mos發(fā)熱量、避免與同PCB線路同頻干擾;選擇合適的電感內(nèi)阻,內(nèi)阻是電感發(fā)熱的主要因數(shù),從而提高線路效率;選擇合適的電流值,有時(shí)體積和成本是制約主要因數(shù),但是還是要大于峰值電流的2倍(通常在65%),就算在板級(jí)空間十分珍貴的情況下也要保證30%預(yù)留空間余量,這樣可以有效的減小內(nèi)阻,減小發(fā)熱量;質(zhì)量不好、繞制松散電感器件也會(huì)有噪聲;未屏蔽的電感在金屬外殼安裝時(shí)會(huì)發(fā)生線路震蕩頻率改變,從而產(chǎn)生噪聲,這時(shí)需要將電感屏蔽;另外,當(dāng)被屏蔽干擾信號(hào)的波長(zhǎng)正好與金屬機(jī)殼的某個(gè)尺寸接近的時(shí)候,金屬機(jī)殼很容易會(huì)變成一個(gè)大諧振腔,即:電磁波會(huì)在金屬機(jī)殼內(nèi)來回反射,并會(huì)產(chǎn)生互相迭加。

為了獲得最佳的效率,應(yīng)選用鐵氧體磁芯電感器。應(yīng)選擇一個(gè)能夠在不引起飽和的情況下處理必須的峰值電流的電感器,確保該電感銅線低的DCR(銅線電阻)。以便減小I2R功耗。切記電感銅線絕緣層耐不了160度或長(zhǎng)時(shí)間高溫溫度環(huán)境,SMT有時(shí)也會(huì)有影響,會(huì)使得電感感值發(fā)生嚴(yán)重變化,要仔細(xì)了解供應(yīng)商產(chǎn)品溫度忍耐限度要求。

EMC電感選擇:EMC電感用在輸入和輸出過濾器可以用來減少傳導(dǎo)干擾,用于低于EMC標(biāo)準(zhǔn)的限制設(shè)計(jì)。所有的電感器都需要鐵粉磁心而非鐵氧體。在它飽和前,可以處理更大電流,需要依據(jù)負(fù)載選擇合適的電流值。制作濾波電感,選用何種磁心材料,除了必須注意防止磁心飽和問題外,還必須考慮到磁心的恒磁導(dǎo)特性。需要指出,有些設(shè)計(jì)人員往往只注意電感量的指標(biāo),選擇磁導(dǎo)率高的材料,以減少線圈的匝數(shù),而對(duì)于電感額定電流較大時(shí),電感量是否減少,減少到什么程度,會(huì)不會(huì)達(dá)到飽和,考慮較小。這是應(yīng)該注意避免的。由于鐵粉心具有飽和磁通密度高,恒磁導(dǎo)特性好,價(jià)格便宜,而得到了廣泛應(yīng)用。

輸出電容器件選擇:輸出可同時(shí)使用輸出電容以達(dá)到目標(biāo)頻率和電流的精確控制。電容能在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)減小頻率,一個(gè)小的 4.7μF 的電容就能顯著減小頻率。電流的調(diào)整也能因?yàn)殡娙葜档脑黾佣玫礁纳啤南旅鎴D片可以很容易看到,圖上存在一個(gè)拐點(diǎn),再增加電容值,對(duì)操作頻率和輸出電流的調(diào)整影響不大。

 


 

如果采用電解電容提供了附加的旁路或輸入電源阻抗很低,則采用一顆較小的價(jià)格低的Y5V電容器也會(huì)有很好的效果。一般恒流器件會(huì)有非??斓纳仙拖陆禃r(shí)間的脈沖從輸入電源吸收電流。輸入電容器未了減小輸入端的合成電壓紋波,并強(qiáng)制該開關(guān)電流進(jìn)入一個(gè)嚴(yán)密的本機(jī)環(huán)路,從而最大限度的減低EMI。輸入電容在開關(guān)頻率條件下必須具有低阻抗,以高效的完成這項(xiàng)工作,而且,它必須具有一個(gè)足夠的額定紋波電流。通常紋波電流不會(huì)大于負(fù)載電流的1/2倍。

陶瓷電容器小尺寸和低阻抗(低的等效串聯(lián)電阻或ESR)特征而成為優(yōu)選方案。低的ESR產(chǎn)生了非常低的電壓紋波,與數(shù)值相同的其它電容器類型相比,陶瓷電容器能夠處理更大的波紋電流。應(yīng)選用X5R或X7R型介質(zhì)陶瓷電容器。可以選用參考值多于1/3容值的電解電容器代替,但是體積和壽命等因數(shù)并不是很合適與LED匹配。鉭電容會(huì)因浪涌電流過大易出現(xiàn)故障,也不建議在此使用。

肖特基二極管選擇:

通常開關(guān)轉(zhuǎn)換型LED恒流驅(qū)動(dòng)IC在mos管關(guān)斷期間傳到電流,所選擇二極管反向耐壓要針對(duì)線路最高輸出電壓脈沖值來確定,要大于這個(gè)值。二極管的正向電流不必與開關(guān)電流限值相等。流經(jīng)二極管的平均電流是If是開關(guān)占空比的一個(gè)函數(shù),因此應(yīng)選擇一個(gè)正向電流IF=I*(1-D)的二極管。通常二極管在功率開關(guān)斷開時(shí)傳到電流占空比通常小于50%,選擇電流值與驅(qū)動(dòng)電流相等即可。如果需要采用PWM調(diào)節(jié)灰度,則需要考慮PWM低電平期間來自輸出的二極管泄漏(有氣在熱點(diǎn)上),這一點(diǎn)或許也很重要。

升壓型轉(zhuǎn)換器中的輸出二極管在開關(guān)管關(guān)斷期間流過電流,二極管要承受反向電壓等于穩(wěn)壓器輸出電壓。正常的工作電流等于負(fù)載電流,峰值電流等于電感峰值電流。.Id(二極管電流)=Il(電感電流)=(1+X/2)*Iout(最大電流)/1-Dmax

二極管消耗功率為:Pd=Iout(最大)*Vd,保持較短的二極管引線長(zhǎng)度并遵循正確的開關(guān)節(jié)點(diǎn)布局,以免振鈴過大和功耗增大。耐壓不是越高越好,是要合適,高耐壓肖特基二極管Vf值也會(huì)高些,功耗會(huì)大,價(jià)格也會(huì)高。

相對(duì)耐壓大電流的型號(hào)Vf值會(huì)低些,成本也會(huì)稍有增加,沒有成本壓力可以考慮。相信在未來的科學(xué)技術(shù)更加發(fā)達(dá)的時(shí)候,LED會(huì)以更加多種類的方式為我們的生活帶來更大的方便,這就需要我們的科研人員更加努力學(xué)習(xí)知識(shí),這樣才能為科技的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

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