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音频功放及其他线性电路
 
音频功放及其他线性电路
霍尔及马达驱动电路
 
霍尔及马达驱动电路
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HTS2008霍尔集成电路测试仪
磁化净水器(Water Electromagnetic-Cleaner )
 
磁化净水器 P1288A/B
磁化净水器 P1688A/B
 
  大功率LED恒流驱动电路的设计实例 发布时间:2008-5-1
 

 
LED按照功率和发光亮度可以划分为大功率LED、高亮度LED及普通LED。一般来说,大功率LED的功率至少在1W以上,目前比较常见的有1W、3W、5W、8W和10W。已大批量应用的有1W和3W LED,而5W、8W和10W LED的应用相对较少。大功率LED灯在2008年奥运会上已经大量应用,例如水立方应用了3.3万个1W LED灯,价值3000万元人民币;上海世博会将大量采用LED照明技术,估计价值将超过4亿元人民币。因此电子和照明行业都非关注LED照明新技术的发展应用。
恒流驱动和提高LED的光学效率是LED 应用设计的两个关键问题,本文首先介绍大功率LED的应用及其恒流驱动方案的选择指南,重点讨论如何巧妙应用LED恒流驱动电路的采样电阻提高大功率LED的效率,并给出大功率LED驱动器设计与散热设计的注意事项。
驱动芯片的选择
LED驱动只占LED照明系统成本的很小部分,但它关系到整个系统性能的可靠性。目前,晶蓝微电子科技有限公司的LED驱动方案主要定位在中低端LED照明和灯饰等市场。灯饰分为室内和室外两种,由于室内LED灯所应用的电源环境有AC/DC和DC/DC转换器两种方式,所以驱动芯片的选择也要从这两方面考虑。
 
AC/DC分为220V交流输入和12V交流输入。
12V交流电是酒店中广泛应用的卤素灯的电源,现有的LED可以在保留现有交流12V的条件下进行设计。针对替代卤素灯的设计,晶蓝微电子科技有限公司的LED驱动方案的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流高达1.2A,恰好适合卤素灯灯口直径小的特点。取代卤素灯之后,LED灯一般做成1W或3W。LED灯与卤素灯相比有两大优势:(1)光源比较集中,1W照明所获得的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度,因此比较省电;(2) LED灯的寿命比卤素灯长。
LED灯的主要弱点是灯光的射角太窄,成本相对较高。但从长远来看,由于LED灯的寿命较长,所以还是具有非常大的成本优势。
220V AC/DC转换器主要锁定舞台灯和路灯市场。
2. DC/DC转换器
  目前,LED手电筒占据了DC/DC转换器的绝大部分需求量。手电筒采用的LED功率基本上是1W,供电方式包括锂电池和镍锌电池、碱性电池等。3W 手电筒的应用一直还存在一些难点,因为3W LED灯本身需要散热,散热装置的体积大,从而在一定程度上削弱了LED灯体积小的优势。此外,由于3W LED灯的电流高达700mA,一次充电后的电池使用时间缩短。尽管如此,对于上述应用晶蓝微电子科技有限公司提供CL710X系列等方案。
  矿灯也是LED灯的主要应用领域之一,它属于特种照明行业,需要专业的认证标准,中国对LED在矿灯领域的应用一直都很重视。目前, LED设计行业存在对特种行业的需求认识不足的问题,设计中常采用一些不切实际的、新奇的设计方案。例如,将LED灯和电池一起嵌入头盔,却没有考虑到矿 灯特殊使用环境的各种需求,这可能是造成LED在矿灯市场的应用一直没有打开局面的重要原因。
  对于矿灯LED应用,晶蓝微电子科技有限公司CL710X系列提供了丰富的DC/DC稳压器产品。已经用户采用一颗1W的LED灯,周围再放6颗普通的高亮度LED灯,构成一种具有特殊闪烁功能的矿灯。
  总而言之,LED灯在灯饰和特种照明行业有着广泛的发展前景,晶蓝微电子科技有限公司为此提供完整的新型LED驱动解决方案。
 
3. 恒流驱动与散热的考虑
  就电子系统设计而言,工程师在设计LED恒 流驱动电路时首先要了解LED的恒流参数。目前LED芯片的制造商很多,国内外LED的差异主要在于相同电参数的情况下,流明数可能不同,因此设计工程师 要清楚地认识到LED功率并不是决定发光效率的唯一参数。例如,同样是1W的LED,有的LED可以达到40流明的亮度,而有的只能达到20流明的亮度, 这是因为LED光学效率还取决于材料和制作工艺等诸多环节。
  有些设计工程师为提高发光效率而采取加大驱动电流的办法,例如,对于同一颗1W LED,加大驱动电流后,亮度可以从20流明提高到40流明,但是LED的工作温度也相应升高了。一旦温度超过LED的限温点,就会影响LED的寿命和可 靠性,这是设计恒流驱动过程中需要注意的重要问题。
  此外,LED照明系统的光学效率不仅仅取决于LED恒流驱动方案,还与整个系统的散热设计密切相关。为缩小体积,某些LED恒流驱动系统将LED驱动电路与散热部分贴近设计,这样容易影响可靠性。
    一般来说,LED照明系统的热源基本就是LED灯本身的热源,热源太集中会产生热损耗,因此LED驱动电路不能与散热系统紧贴在一起。建议采取下列散热措 施:LED灯采用铝基板散热;功率器件均匀排布;尽可能避免将LED驱动电路与散热部分贴近设计;抑制封装至印刷电路基板的热阻抗;提高LED芯片的散热 顺畅性以降低热阻抗。
4. 新应用对驱动器的要求
  大功率LED被称为“绿色光源”,它将向大LED电流(300mA 至1.4A)、高效率(60至120 流明/瓦)、亮度可调的方向发展。
  由于大功率LED在寿命上具有很大优势,所以发展前景非常广阔,其中最被看好的照明应用是汽车、医疗设备和仪器仪表及其它特种照明环境。但这些应用对LED驱动系统设计也提出了新的要求,包括:输入电压范围一般要求为6V到24V;具有冲击负载保护、反相和过压保护;待机功耗非常低;低带隙基准以减少电流检测损耗以及具有PWM调整亮度的功能等。针对这些需求,晶蓝微电子科技有限公司CL710X系列提供了全系列LED驱动器设计方案,可以为用户提供全面的LED驱动器解决方案。
  LED 照明系统需要借助于恒流供电,目前主流的恒流驱动设计方案是利用线性或开关型DC/DC稳压器结合特定的反馈电路为LED提供恒流供电,根据DC/DC稳压器外围电路设计的差异,又可以分为电感型LED驱动器和开关电容型LED驱动器。电感型升压驱动器方案其优点是驱动电流较高,LED的端电压较低、功耗 较低、效率保持不变,特别适用于驱动多只LED的应用。在大功率LED驱动器设计中,主要采用开关电容型LED驱动方案,其优点是LED两端的电压较高、 流过的电流较大,从而获得较高的功效及光学效率。先进的开关电容技术还能够提高效率,因而在大功率LED驱动中应用广泛。