對于新手來講，LED驅(qū)動設(shè)計并不是一件容易的事兒，針對這方面問題，小編特別總結(jié)了設(shè)計達人的一些在工作中需要注意的問題和親身的設(shè)計心得進行分享。

　　不要使用雙極型功率器件

　 　由于雙極型功率器件比便宜，一般是2美分左右一個，所以一些設(shè)計師為了降低LED驅(qū)動成本而使用雙極型功率器件，這樣會嚴重影響電路的可靠性， 因為隨著LED驅(qū)動電路板溫度的提升，雙極型器件的有效工作范圍會迅速縮小，這樣會導(dǎo)致器件在溫度上升時故障從而影響 LED燈具的可靠性，正確的做法是要選用MOSFET器件，MOSFET器件的使用壽命要遠遠長于雙極型器件。

　　盡量不要使用電解

　 　LED 驅(qū)動電路中到底要不要使用電解電容？目前有支持者也有反對者，支持者認為如果可以將電路板溫度控制好，依次達成延長電解電容壽命的目的，例如選用105度 壽命為8000小時的高溫電解電容，根據(jù)通行的電解電容壽命估算公式“溫度每降低10度，壽命增加一倍”，那么它在95度環(huán)境下工作壽命為一萬六千個小 時，在85度環(huán)境下工作壽命為三萬兩千個小時，在75度環(huán)境下工作壽命為六萬四千個小時，假如實際工作溫度更低，那么壽命會更長！由此看來，只要選用高品 質(zhì)的電解電容對驅(qū)動電源的壽命是沒有什么影響的！

　　還有的支持者認為由無電解電容帶來的高紋波電流而導(dǎo)致的低頻閃爍會對某些人眼造成生理 上的不適，幅度大的低頻紋波也會導(dǎo)致一些數(shù)碼像機設(shè)備出現(xiàn)差頻閃爍的亮暗柵格。所以，高品質(zhì)光源燈具還是需要電解電容的。不過反對者則認為電解電容會自然 老化，另外，LED燈具的溫度極難控制，所以電解電容的壽命必然會減少，從而影響LED燈具的壽命。

　　對此，資深工程師認為在LED驅(qū)動 電路輸入部分可以考慮不用電解電容，實際上使用PI的LinkSwitch-PH就可以省去電解電容，PI的單級PFC/恒流設(shè)計可以讓設(shè)計師省去大容量 電容，在輸出電路中，可以用高耐壓陶瓷電容來代替電解電容從而提升可靠性，在設(shè)計兩級電路的時候，輸出采用了一個400V的電解電容，這會嚴重影響電路的 可靠性，建議采用單級電路用陶瓷電容就可以了。對于不太關(guān)注調(diào)光功能、高溫環(huán)境及需要高可靠性的工業(yè)應(yīng)用來說，建議不采用電解電容進行設(shè)計。

　　MOSFET的耐壓不要低于700V

　 　耐壓600V的MOSFET比較便宜，很多認為LED燈具的輸入電壓一般是220V，所以耐壓600V足夠了，但是很多時候電路電壓會到340V，在有 的時候，600V的MOSFET很容易被擊穿，從而影響了LED燈具的壽命，實際上選用600VMOSFET可能節(jié)省了一些成本但是付出的卻是整個電路板 的代價，所以，不要選用600V耐壓的MOSFET，最好選用耐壓超過700V的MOSFET。

　　盡量使用單級架構(gòu)電路

　 　有些LED電路采用了兩級架構(gòu)，即PFC（功率因數(shù)校正）+隔離DC/DC變換器的架構(gòu)，這樣的設(shè)計會降低電路的效率。例如，如果PFC的效率是 95%，而DC/DC部分的效率是88%，則整個電路的效率會降低到83.6%！“PI的LinkSwitch-PH器件同時將PFC /CC控制器、一個725VMOSFET和MOSFET驅(qū)動器集成到單個封裝中，將驅(qū)動電路的效率提升到87%，這樣的器件可大大簡化電路板布局設(shè)計，最 多能省去傳統(tǒng)隔離反激式設(shè)計中所用的25個元件！省去的元件包括高壓大容量電解電容和光耦器。LED兩級架構(gòu)適用于必須使用第二個恒流驅(qū)動電路才能使 PFC驅(qū)動LED恒流的舊式驅(qū)動器。這些設(shè)計已經(jīng)過時，不再具有成本效益，因此在大多數(shù)情況下都最好采用單級設(shè)計。

　　盡量使用MOSFET器件

　 　如果設(shè)計的LED燈具功率不是很高，建議使用集成了MOSFET的LED驅(qū)動器產(chǎn)品，因為這樣做的好處是集成MOSFET的導(dǎo)通少，產(chǎn)生的熱量要比分立 的少，另外，就是集成的MOSFET是控制器和FET在一起，一般都有過熱關(guān)斷功能，在MOSFET過熱時會自動關(guān)斷電路達到保護LED燈具的目的，這對 LED燈具非常重要，因為LED燈具一般很小巧且難以進行空氣。

安森美半導(dǎo)體中高功率照明LED驅(qū)動器方案

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　　LED的諸多優(yōu)點已經(jīng)使其逐步取代白熾燈、熒光燈等傳統(tǒng)光源，在小功率應(yīng)用上越來越多地出現(xiàn)在我們?nèi)粘９ぷ魃钪?，而在我們傳統(tǒng)定義的20至 400瓦的中高功率照明范圍內(nèi)，熒光燈、高強度氣體放電燈還是主流。但隨著大功率LED產(chǎn)品的不斷推陳出新，模塊化的LED燈條、大陣列LED等產(chǎn)品的出 現(xiàn)，公路、體育館、戶外大型設(shè)施等需要大功率照明的應(yīng)用場景中也越來越多出現(xiàn)LED產(chǎn)品的身影。

　　LED照明電路相對設(shè)計簡單、 能集成控制、可方便實現(xiàn)調(diào)光、能有效降低電力消耗，所以在強調(diào)智能、綠色照明的今天，中高功率LED產(chǎn)品逐步替代高強度氣體放電燈（HID）等傳統(tǒng)光源已 經(jīng)是大勢所趨。但我們也看到模塊化的LED燈條和陣列對電源驅(qū)動的要求不盡相同，如何為中高功率LED照明產(chǎn)品提供可靠、高效、靈活的驅(qū)動電源方案是設(shè)計 人員常面臨的挑戰(zhàn)。安森美半導(dǎo)體積極推動高能效創(chuàng)新，充分利用在電源領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗，提供應(yīng)用于LED照明不同的領(lǐng)域。而針對中大功率LED照明應(yīng)用的不 同需求，安森美半導(dǎo)體提供功率因數(shù)校正（PFC）控制器、準諧振及固定頻率的反激控制器和開關(guān)穩(wěn)壓器、集成MOS的降壓控制器、半橋驅(qū)動及LLC控制器、 次級端控制器、集成PFC及PWM的組合控制器等多種控制器及其方案等，以滿足不同電路拓撲設(shè)計的不同需求。

　　單段式功率因數(shù)校正（PFC）方案

　 　功率因數(shù)校正（PFC）可有效改善高諧波分量給電源線、斷路開關(guān)、電力設(shè)施帶來的壓力。PFC控制器一般可以分為單段式和多段式（常見兩段式）兩種結(jié) 構(gòu)。單段式（如圖1所示）可直接電流驅(qū)動，只需單個開關(guān)及磁性元件，缺點則是100/120Hz紋波，MOSFET應(yīng)力更大，占空比更大，功率限制在 100-150W。

　　圖1.單段式PFC結(jié)構(gòu)示意圖

　 　典型的單段式PFC LED驅(qū)動方案有如安森美半導(dǎo)體的NCL30000。這器件使用臨界導(dǎo)電模式（CrM）反激架構(gòu)，以單段式拓撲結(jié)構(gòu)提供高功率因數(shù)設(shè)計。安森美半導(dǎo)體基于 NCL30000構(gòu)建的25 W高功率因數(shù)單段式LED驅(qū)動器參考設(shè)計接受90-305Vac寬輸入電壓范圍，能效高于87%，輸入電流總諧波失真（THD）小于15%，功率因數(shù) （PF）大于0.97，輸出功率25W（Vf=36Vdc），LED電流700mA±4%，最大LED電壓44Vdc。安森美半導(dǎo)體還推出了單段式連續(xù)電 流模式（CCM） PFC LED驅(qū)動器NCL30001，可以配置為恒流驅(qū)動器或固定輸出電壓驅(qū)動器，適合40W到150W LED照明設(shè)計。

　　兩段式PFC + DC-DC轉(zhuǎn)換方案

　 　除了上述單段式方案，設(shè)計人員還可以根據(jù)應(yīng)用需求選擇傳統(tǒng)的兩段式（PFC段+DC-DC轉(zhuǎn)換段）方案（如圖2所示）。前段PFC的功能一方面實現(xiàn)輸入 電流整形以減小輸入電流諧波，另一方面將輸入交流電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的直流電壓（變化范圍一般為380V-400V），后段的DC-DC轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)隔離和變 換，將穩(wěn)定直流電壓變換為所需要的電壓，通?？梢杂梅醇?、LLC或者降壓實現(xiàn)，其優(yōu)點是易于擴展功率和尺寸，易于提供次級端偏置電源，但相應(yīng)會帶來成本上 的提升。

　　圖2.兩段式PFC結(jié)構(gòu)示意圖

　 　具體而言，兩段式方案中的PFC段可選用的控制器包括NCP1605、NCP1611/ NCP1612/ NCP1615、NCP1631、MC33262/NCP1607/NCP1608、NCP1653/ NCP1654、NCP1652A/ NCL30001等等。

　　其中，NCP1605是增強型高壓、高能效待機模式功率因數(shù)控制器，工作在固定頻率非連續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）和/或臨界導(dǎo)電模式（CrM）。NCP1605能夠作為PFC主控端工作，確保電源的第二段僅在安全條件下啟動。它集成跳周期功能，將待機損耗降到最低。

　　NCP1631則是安森美半導(dǎo)體推出的一款單芯片2相交錯式PFC控制器，可以替代2顆NCP1601，驅(qū)動2個PFC支路，提供接近1的高功率因數(shù)。

　 　采用傳統(tǒng)的CrM/BCM控制時，負載減少時開關(guān)頻率上升，輕載時控制器可能進入“突發(fā)的調(diào)頻模式”，產(chǎn)生噪聲；采用電流控制頻率反走（CCFF）控制 時，負載減小時開關(guān)頻率減小，降低噪聲，輕載時控制器頻率較低，可在高于可聽頻帶的頻率鉗位，極輕載時采用跳周期模式工作，可以關(guān)閉以提升更好的THD， 谷底導(dǎo)通進一步提升能效，減小電磁干擾（EMI）（如圖3所示）。NCP1611/NCP1612基于創(chuàng)新的CCFF架構(gòu)，在PFC電感電流超過設(shè)定值 時，電路通常工作在臨界導(dǎo)電模式（CrM），而當(dāng)電流低于預(yù)設(shè)值時，將開關(guān)頻率線性降低至約20 kHz，此時電流為零。NCP1615同樣基于CCFF架構(gòu)，當(dāng)電流在預(yù)設(shè)水平以下時，NCP1615芯片的控制頻率會線性衰減到26KHz。

　　圖3. 電流控制頻率反走（CCFF）架構(gòu)原理說明

　 　對于兩段式方案而言，在高壓DC-DC次級段，單開關(guān)反激架構(gòu)（圖4所示）能效高，設(shè)計簡單，但功率設(shè)計通常小于100W。安森美半導(dǎo)體作為業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的 固定頻率及準諧振（QR）控制方案供應(yīng)商，提供的準諧振固定頻率反激控制芯片具備高壓啟動、QR谷底鎖定、強固的故障保護、寬產(chǎn)品系列（控制器最低6個引 腳）等特點。從業(yè)內(nèi)率先推出第一代高壓準諧振反激控制芯片NCP1207/NCP1308，到第二代提供更多保護功能的NCP1337/NCP1338， 再到第三代輕載能效大幅提升的NCP1380，直到最新的第四代改善空載能耗的NCP1339，安森美半導(dǎo)體一直都在不斷努力，開發(fā)更多滿足客戶更寬需求 的芯片產(chǎn)品。

　　圖4.高壓DC-DC次級端反激拓撲示意圖

　 　而相對于其他諧振拓撲，LLC串聯(lián)諧振轉(zhuǎn)換器（圖5所示）則能夠在相對寬的輸入電壓及輸出負責(zé)范圍下工作；所需元器件數(shù)量則更少，諧振儲能元件能夠集成 到單個變壓器中；初級端開關(guān)在所有額定負載條件下能實現(xiàn)零電壓開關(guān)（ZVS）；次級端二極管能夠?qū)崿F(xiàn)零電流開關(guān)（ZCS），沒有反向恢復(fù)損耗，所以作為一 種高性價比、高能效及低EMI方案，常用于高輸出電壓的應(yīng)用中。

　　NCP1398作為第五代高性能LLC串聯(lián)諧振控制器，工作頻率可以從 50kHz高至750kHz，可調(diào)節(jié)最小開關(guān)頻率精度達到±3%，可調(diào)節(jié)死區(qū)時間，帶外部可調(diào)節(jié)軟啟動，精密及高阻抗輸入欠壓保護，用于過溫或過壓等嚴重 故障條件下閂鎖輸入腳，基于定時器的可自動恢復(fù)過流保護，閂鎖輸出短路保護，on/off控制關(guān)閉輸入腳，跳周期模式，帶可調(diào)節(jié)遲滯，Vcc工作電壓達 20V，共集電極光耦連接，簡化Oring控制，內(nèi)置過溫關(guān)閉，600V半橋驅(qū)動器，帶1A/0.5A汲/源驅(qū)動能力，NCP1398B還提供反饋環(huán)路開 路保護。

　　圖5.高壓DC-DC次級端LLC串聯(lián)諧振示意圖

　　組合控制器方案

　 　NCL30051是一款PFC及諧振半橋組合控制器，這器件集成了一個CrMPFC控制器及一個半橋諧振控制器，并內(nèi)置600 V驅(qū)動器，針對離線電源應(yīng)用進行了優(yōu)化，采用SOIC16封裝，具備了所有實現(xiàn)高能效、小外形設(shè)計所需的特性。相比傳統(tǒng)途徑的CrM PFC+LLC通過改變LLC頻率來控制功率，NCL30051則是改變PFC大電容電壓來控制功率，局限在于大電容電壓的動態(tài)范圍，優(yōu)點則是簡化了固定 電壓LED驅(qū)動器設(shè)計。

　　總結(jié)

　　LED照明正快速演變，新的驅(qū)動方案需要能夠配合市 場上最新的LED應(yīng)用；同時為提升能效及降低系統(tǒng)總成本，拓撲結(jié)構(gòu)的選擇也在演變。為滿足中高功率LED照明驅(qū)動的需求，安森美半導(dǎo)體提供了陣容廣博、相 輔相成的方案，包括單段式PFC方案，以及PFC+DC-DC轉(zhuǎn)換的兩段式方案，滿足不同的中大功率LED照明應(yīng)用的需求。

汽車電子應(yīng)用中的LED驅(qū)動方案設(shè)計參考

　　目前，越來越多的汽車電子系統(tǒng)應(yīng)用照明設(shè)計師正在采用LED照明滿足實用和美觀的用途。眾所周知，LED適用于各種汽車照明元件，例如大燈、白天行車燈、霧燈、轉(zhuǎn)向信號燈、內(nèi)部照明、資訊娛樂的背光照明，以及組合尾燈（RCL）和高位制動燈（CHMSL）。

　 　在建立LED供電的電子驅(qū)動解決方案時，需要考慮兩個主要的DC/DC電源類別，分別是線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器。線性穩(wěn)壓器具有減少零部件數(shù)和降低電磁 干擾（EMI）的優(yōu)點，但在效率和熱耗方面有嚴重的弊端。因此，開關(guān)穩(wěn)壓器是很多設(shè)計師的驅(qū)動解決方案首選。直流電源和需要的LED數(shù)目與類型決定了 LED驅(qū)動器的拓撲結(jié)構(gòu)選擇。如果電源電壓超出總LED電壓，就需要降壓轉(zhuǎn)換器。如果LED組的電壓超出電源電壓，就需要升壓轉(zhuǎn)換器。最后，根據(jù)具體的條 件，LED電壓可能高于或低于電源電壓，這樣，就應(yīng)該采用降壓/升壓或單端初級電感轉(zhuǎn)換器（SEPIC）等電源拓撲技術(shù)。

　　在設(shè)計照明系 統(tǒng)時，除了LED供電外，還需要考慮很多因素。LED電路設(shè)計的另一項主要考慮因素是熱管理。LED驅(qū)動器集成電路改進熱性能的一種方式是通過控制LED 正向電流，LED正向電流是關(guān)于溫度的函數(shù)。這可以通過使用外部電流來感應(yīng)溫度和控制對LED的電流供應(yīng)來實現(xiàn)，但更高效的解決方案是利用具有必要內(nèi)置功 能的集成電路。

　　美國國家半導(dǎo)體的產(chǎn)品包含可實現(xiàn)多種拓撲結(jié)構(gòu)的眾多開關(guān)穩(wěn)壓器集成電路。此外，美國國家半導(dǎo)體專為LED應(yīng)用開發(fā)了一系列集成電路，其中很多具有適合汽車電子系統(tǒng)應(yīng)用的功能。本文將探討幾個汽車電子系統(tǒng)大燈驅(qū)動的應(yīng)用示例。

　　使用升壓穩(wěn)壓器的大燈示例

　 　LED正越來越多地用于汽車大燈及其他前視照明系統(tǒng)。典型的大燈應(yīng)用可能使用以多種方式排列的10個白色LED。對于各LED最大VF為4V的情況，如 果設(shè)計師希望使用在一個燈組中串聯(lián)全部LED的拓撲結(jié)構(gòu)，將需要設(shè)置DC/DC 級來驅(qū)動LED。在這種情況下，可以對標(biāo)稱12V~14VDC電源總線使用單個升壓開關(guān)功率級。

　 　美國國家半導(dǎo)體研發(fā)的多種集成電路正是符合這種應(yīng)用要求，例如LM342x系列：LM3421、LM3423、LM3424和LM3429部件。此系列 集成電路包含多種多用途部件，可用作升壓、降壓、降壓/升壓或SEPIC拓撲結(jié)構(gòu)中低側(cè)外部MOSFET的控制器。LM3421、LM3423和 LM3429部件都使用峰值電流模式控制器和預(yù)測性關(guān)閉時間設(shè)計來調(diào)節(jié)LED電流。峰值電流模式控制器與預(yù)測性關(guān)閉時間設(shè)計的組合簡化了回路補償設(shè)計，同 時提供內(nèi)在的輸入電壓前饋補償。LM3429是系列中的基本部件，是優(yōu)化了成本和尺寸特點的控制器解決方案。LM3421增設(shè)了用于控制外部調(diào)光FET和 系統(tǒng)“零電流”關(guān)閉特點的集成驅(qū)動器。LM3423 進一步增加了LED狀態(tài)輸出標(biāo)記、故障標(biāo)記、可編程故障計時器和邏輯針腳，用于控制調(diào)光驅(qū)動器的極性。最后，LM3424與LM3421類似，但使用標(biāo)準 峰值電流模式控制器。LM3424還具有對開關(guān)頻率編程的功能，或通過可編程斜率補償、軟啟動和LED電流熱返送功能使開關(guān)頻率與外部來源同步。

　 　LM342x 系列使用控制器集成電路實現(xiàn)所需功能和總體系統(tǒng)設(shè)計的最大靈活性。圖1以LM3421為例，顯示升壓配置中使用LM342x系列驅(qū)動LED燈組的一個示 例。LM342x拓撲結(jié)構(gòu)的一個主要特點是在LED高側(cè)進行電流感應(yīng)，允許燈組中的最后LED的陰極局部在底盤接地，并使感應(yīng)電壓可以差分地饋送回集成電 路。這是一個重要的優(yōu)點，因為使LED燈組和驅(qū)動器集成電路可以彼此分離。

　　圖1 使用LM3421的升壓穩(wěn)壓器驅(qū)動10個LED

　　使用熱返送升壓穩(wěn)壓器的大燈示例

　 　LED制造商通常在數(shù)據(jù)表中包含顯示LED最大允許正向電流和溫度的圖線，以確保部件的可靠性，這也稱為安全工作區(qū)（SOA）。 LED的最大電流額定值在較低溫度測得，但在超出特定溫度后，最大允許電流值降低。由于LED系統(tǒng)的首要設(shè)計要素是適當(dāng)?shù)纳岷屯L(fēng)，因此很多應(yīng)用需要考 慮不可預(yù)測的狀況，即使最佳的熱設(shè)計也可能無法預(yù)防這些狀況。例如大燈組件被污泥或其他碎屑堵塞的情況。由于對車輛的安全操作至關(guān)重要，因此在此類情況 下，需要保持LED在較低操作點正常照明，同時使電流保持在安全工作區(qū)，以預(yù)防照明系統(tǒng)的災(zāi)難性故障。

　　為了實現(xiàn)根據(jù)溫度調(diào)節(jié)LED電流 的目標(biāo)，可以使用多種不同的方法。一種方法是構(gòu)建溫度感應(yīng)電路，用于驅(qū)動LED驅(qū)動器集成電路的模擬電流調(diào)節(jié)針腳。更簡單的解決方法是使用LM3424等 具有內(nèi)置熱返送（TFB）功能的LED驅(qū)動器集成電路。圖2顯示了LM3424熱返送功能所需的外部零部件示例。

　　圖2 LM3424熱返送電路

　 　使用LM3424驅(qū)動LED和執(zhí)行熱電流控制具有多項優(yōu)點。首先，不需要在外部配備大部分復(fù)雜的部件（例如多個運算放大器），因為這些在集成電路中已集 成。在最簡單的配置中，實現(xiàn)熱返送只需要少量標(biāo)準電阻器和負溫度系數(shù)（NTC）熱敏電阻。如果需要更高的精度，設(shè)計師可以使用LM94022等精確溫度傳 感器替換RBIAS和RNTC。此外，LM3424使用戶可以設(shè)置LED電流開始熱返送的溫度（TBK，通過RREF1，2、RBIAS和RNTC設(shè)置） 和電流返送的斜率（通過RGAIN 設(shè)置）。這使設(shè)計師可以使用少量外部部件精確重現(xiàn)制造商數(shù)據(jù)表中提供的電流額定值下降曲線，同時提高隨溫度變化表現(xiàn)出的性能，如圖3所示。

　　圖3 隨溫度變化的額定值下降曲線示例

　 　如圖2使用LM3424所示，集成電路將在到達某溫度時返送LED電流，此時，LED電流為零。這與LED作為系統(tǒng)中主要熱發(fā)生器的情況不同。對于大燈 組件等應(yīng)用，設(shè)計師可能想要設(shè)置一項安全功能，即使LED可能在超出安全工作區(qū)的條件下工作，也始終能夠提供光輸出。對于此類情況，LED電流與溫度曲線 將如圖4中示例所示。雖然LM3424 沒有這項內(nèi)置功能，但這可以使用外部箝位電路輕松實現(xiàn)，并且防止TSENSE針腳上的電壓低于預(yù)規(guī)定值。

　　圖4 隨溫度變化的額定值下降曲線示例（最低值非零）

　　使用SEPIC穩(wěn)壓器的大燈示例

　 　雖然汽車電氣系統(tǒng)通常在12V~14VDC條件下工作，但在特殊情況下，向系統(tǒng)部件的供電電壓可能超出或低于正常工作值范圍。例如，在冷啟動情況下，系 統(tǒng)供電可能為4.5V或更低，在負載突降狀況下，電壓可能在40V到60V之間。如果在這些特殊情況下仍需要LED工作或保護，設(shè)計師可能希望選擇可提供 恒定LED電流的功率級，而不管電源電壓與LED組電壓的關(guān)系如何。一種采用SEPIC的開關(guān)穩(wěn)壓器可以執(zhí)行升壓和降壓操作，如圖 5所示。

　　圖5 SEPIC轉(zhuǎn)換器基本拓撲結(jié)構(gòu)

　 　SEPIC轉(zhuǎn)換器的效率可能不如降壓或升壓轉(zhuǎn)換器，但拓撲結(jié)構(gòu)具有多項優(yōu)點。除了具有升壓和降壓功能外，另一項尤其適用于汽車電子系統(tǒng)應(yīng)用的優(yōu)點是 CSEPIC電容器提供了輸入和輸出之間的隔離。SEPIC轉(zhuǎn)換器的不足是需要兩個電感器，但兩個電感器可以輕松地纏繞在同個芯上，而不是作為兩個分立的 部件。圖6顯示同樣使用LM3421控制器的應(yīng)用電路示例。

　　圖6 SEPIC配置中的LM3421

　　使用串聯(lián)/并聯(lián)LED的組合尾燈

　 　另一個常見的照明應(yīng)用是尾燈/閃光燈組件，也被稱為組合尾燈（RCL）。對于在12V~14V直流電源供電中具有3V典型正向電壓（VF）的LED來 說，一個可能的解決方案是使用降壓開關(guān)穩(wěn)壓器。由于最低值為12V，因此只允許3個LED串聯(lián)。可以采用圖7所示的串聯(lián)/并聯(lián)組合，因為在一個串聯(lián)燈組中 所有必備的LED的總電壓將超過12V。

　　圖7 串聯(lián)/并聯(lián)陣列

　 　對于此應(yīng)用的調(diào)光和閃光部分，可以使用多種方法降低向 LED陣列提供的功率。最常用的一種方法是脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)光，這種方法通常使用專門的邏輯信號高速開啟和關(guān)閉LED以控制總體光輸出。這種方法簡單 有效，但可能極少用于汽車電子系統(tǒng)應(yīng)用，因為在線束中需要一根額外的線路用于調(diào)光信號。另一種方法稱為雙線調(diào)光，向LED驅(qū)動器提供的電源定期中斷以控制 調(diào)光。1.5A整體式開關(guān)穩(wěn)壓器LM3406具有此功能，其真實電流平均值實現(xiàn)更嚴密的光輸出控制。集成的N通道MOSFET不提供控制器集成電路具有的 靈活性，因此降低了板上的復(fù)雜性。圖8顯示了使用雙線調(diào)光方法的LM3406應(yīng)用示例。

　　圖8 雙線調(diào)光的LM3406配置

　 　LM3406包含輸入電壓感應(yīng)針腳 （VINS）使照明設(shè)計師可以魚和熊掌兼得，因為他們可以實現(xiàn)標(biāo)準PWM調(diào)光的優(yōu)點，同時降低系統(tǒng)接線復(fù)雜性（照明部件距離控制電路較遠）。阻擋二極管 D2允許輸入電容器CIN保持與LM3406的連接，這與非雙線調(diào)光設(shè)置相同，因此使LM3406在調(diào)光階段可以保持完全供電。這比簡單的開啟和關(guān)閉零部 件來實現(xiàn)調(diào)光更為高效，因為LM3406的所有內(nèi)部支持電路在調(diào)光過程中保持通電。因此，部件可以立即進入調(diào)光階段，集成電路沒有恢復(fù)和運行延時。這樣， 在雙線調(diào)光設(shè)置中，LM3406的工作方式與輸出控制中使用邏輯調(diào)光針腳的方式相同。標(biāo)準PWM設(shè)置需要的附加部件只有阻擋二極管D2、VINS下拉電阻 器RPD和用于實現(xiàn)理想斬波開關(guān)S1的部件。

　　使用串聯(lián)LED和升壓/降壓穩(wěn)壓器組合的RCL示例

　 　在并聯(lián)燈組陣列中，配置 LED通過允許LED功率級在12V~14V軌道下直接運行，極大地簡化系統(tǒng)設(shè)計，但并聯(lián)/串聯(lián)組合也同樣具有一些缺點。在查看LED制造商數(shù)據(jù)表時，可 以注意到兩個重要的事實：LED的光輸出與流經(jīng)的電流成正比，LED的動態(tài)電阻隨著VF而變化。制造商按VF、光通量和顏色（或色溫）對LED分級。例 如，典型的VF級別可能包含范圍從3.27V到3.51V（25℃時）的LED，所有級別的整個范圍可以從2.8V到4.2V。由于LED制造商通常向客 戶銷售多個級別的LED，關(guān)注成本的設(shè)計師依賴所有LED都具有緊密VF分布是不實際的。

　　下例顯示了VF變化的影響。在實驗中，使用圖9 所示兩種設(shè)置收集數(shù)據(jù)。一種設(shè)置用于4個LED（每個LED都具有專門的電流源），另一種設(shè)置用于并聯(lián)的4個LED（共享一個電流源）。表1所示數(shù)據(jù)在 25℃加電后5秒內(nèi)測得，以最大限度降低LED自發(fā)熱的影響。

　　圖9 實驗性設(shè)置

　　表1多電流源設(shè)置（左）和單電流源設(shè)置（右）的數(shù)據(jù)

　 　從這些數(shù)據(jù)可以明顯看出LEDVF變化在并聯(lián)運行時將導(dǎo)致不均勻電流分布。即使對于分級的LED，也可以看到類似的影響，并聯(lián)陣列中各串聯(lián)燈組的電流分 布不均。改進并聯(lián)燈組間電流分布的一種方式是向各燈組增加鎮(zhèn)流電阻器。這有助于使電流分布均勻化，但存在的主要問題是由于鎮(zhèn)流電阻器的功耗而降低了效率。

　 　根據(jù)具體的設(shè)計，上述問題的影響可能可以忽略。但是，如果系統(tǒng)設(shè)計師對上述影響存有顧慮，可以采用單個串聯(lián)燈組作為首選拓撲結(jié)構(gòu)。在這種解決方法中，仍 可以使用LM3406等部件，但將增大系統(tǒng)復(fù)雜性，因為需要新前端部件用于傳輸超出12V~14V的電源電壓為LED驅(qū)動器供電。然后，LED驅(qū)動器降低 此新電壓，為單個LED燈組供電。這可以通過在直流電源和LM3406 之間增加升壓DC/DC功率級輕松實現(xiàn)，如圖10所示。通過此拓撲結(jié)構(gòu)，串聯(lián)燈組中的所有LED均具有相同的電流，無論各LED的VF值是多少。

　　圖10 升壓和降壓組合

　 　還需要注意的一個問題是為什么應(yīng)包含降壓功率級，而不是直接使用升壓穩(wěn)壓器運行LED。這兩種拓撲結(jié)構(gòu)之間的重要區(qū)別是輸出電容器：升壓穩(wěn)壓器需要輸出 電容器，而降壓穩(wěn)壓器可以使用或不使用輸出電容器操作。如果設(shè)置中使用輸出電容器，即使在穩(wěn)壓器已進入調(diào)光模式并停止向LED供電后，仍可以為LED輸送 電流一段時間。因此，在LED輸出實際停止前，還需要額外的時間使輸出電容器放電。在LED組中使用串聯(lián)開關(guān)仍可以實現(xiàn)有效調(diào)光，但這需要附加的調(diào)光 FET以及更復(fù)雜的驅(qū)動器集成電路和/或增加外部部件。

　　除了調(diào)光復(fù)雜性以外，升壓穩(wěn)壓器還存在其他LED驅(qū)動難題。升壓穩(wěn)壓器本身無法 保護LED免受負載突降時產(chǎn)生的高線路電壓影響。在升壓/降壓拓撲結(jié)構(gòu)中，降壓穩(wěn)壓器可以承受高電壓，而不會發(fā)生損壞甚至中斷正常工作。升壓穩(wěn)壓器還易受 到開路（使VO的上升不受約束）和短路（在VO低于VIN時，IO失去控制）影響。最后，由于輸出電流是關(guān)于升壓轉(zhuǎn)換器占空比的函數(shù)，因此必須感應(yīng)電感器 電流和LED電流，這也導(dǎo)致了驅(qū)動器的復(fù)雜性增加。

　　總結(jié)

　　本文探討了多個汽車電子系統(tǒng)應(yīng)用示例及相應(yīng)的開關(guān)電源拓撲結(jié)構(gòu)和兼容的美國國家半導(dǎo)體集成電路，其中，很多LED驅(qū)動器集成電路都非常適合汽車電子系統(tǒng)設(shè)計師進行高效設(shè)計。

恒照度自適應(yīng)調(diào)光的LED驅(qū)動器設(shè)計

?

　　本文針對傳統(tǒng)照明能效低、耗電量大等問題，設(shè)計了LED恒照度調(diào)光驅(qū)動器。系統(tǒng)使用恒流LED控制芯片NCL30160作為LED光源驅(qū)動電 路，采用TSL2561光照度傳感器采集室內(nèi)光照度，通過處理器相應(yīng)算法進行閉環(huán)控制，實現(xiàn)室內(nèi)的恒照度調(diào)光。該算法實現(xiàn)了PWM波形平滑變化，避免因 PWM突變造成閃光。同時，系統(tǒng)增加了人體運動控制，實現(xiàn)無人、有人時的不同調(diào)光方案，使設(shè)計進一步節(jié)能和智能化。

　　1 系統(tǒng)簡介及工作原理

　 　系統(tǒng)由PIC16F690單片機、 TSL2561光照度傳感器、LED光源和LED驅(qū)動電路4部分組成。由于LED的亮度與工作電流成正比，故調(diào)節(jié)工作電流即可調(diào)節(jié)LED的發(fā)光亮度。目前 主要有調(diào)節(jié)正向電流和脈沖調(diào)制調(diào)光兩種調(diào)光方法。由于脈寬調(diào)制調(diào)光具有不會產(chǎn)生任何色彩偏移、調(diào)光精度高、結(jié)合數(shù)字技術(shù)調(diào)光、調(diào)光范圍寬、不閃爍等優(yōu)點， 故本文選用脈沖調(diào)制調(diào)光。

　　系統(tǒng)主要由TSL2561采集光照度反饋給PIC16F690處理芯片，經(jīng)過PIC16F690進行相應(yīng)的算法處理，輸出隨光照度規(guī)律變化的PWM波形，經(jīng)過帶有PWM接口的驅(qū)動電路驅(qū)動LED燈從而實現(xiàn)調(diào)光。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1 恒照度調(diào)光的LED驅(qū)動器系統(tǒng)框圖

　　同時，在本系統(tǒng)中加入了人體運動控制以及按鍵控制，能夠檢測人體運動，實現(xiàn)在無人時自動關(guān)閉LED燈，進一步減少電能浪費;按鍵能夠調(diào)節(jié)PWM波形的頻率以及設(shè)定環(huán)境最大光照度，使系統(tǒng)更為人性化。

　　1.1 PIC16F690單片機

　　PIC16F690單片機具有高性能的RISC CPU、低功耗以及豐富的外設(shè)資源，能夠滿足本系統(tǒng)的硬件資源需求。由于該款單片機資源豐富，既滿足系統(tǒng)需求，又不十分浪費資源，故降低了控制器成本。

　　1.2 TSL2561光照度傳感器

　　TSL2561是TAOS公司推出的一種高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強度數(shù)字轉(zhuǎn)換芯片。該芯片的應(yīng)用能夠提供最好的顯示亮度并降低電源功耗。TSL2561具有以下幾個特點：

　　①可編程配置許可的光強度上下閾值，當(dāng)檢測光照度超過閾值時能產(chǎn)生中斷信號;

　?、跀?shù)字輸出符合標(biāo)準的SMBus和I2C總線協(xié)議;

　?、劭删幊炭刂颇M增益和數(shù)字輸出時間;

　　④超小封裝和超低功耗;

　　⑤自動抑制50 Hz/60 Hz的光照波動。

　 　TSL2561 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。其內(nèi)部有兩個光敏二極管通道，即通道0和通道1，其中通道0對可見光和紅外線都敏感，通道1僅對紅外線敏感。流過光敏二極管的電流 經(jīng)過積分式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，轉(zhuǎn)換完后將數(shù)字量存入芯片內(nèi)部的寄存器中。積分式A/D轉(zhuǎn)換器將在一個積分周期完成后自動進行積分轉(zhuǎn)換過程。 TSL2561可以通過對其內(nèi)部16個寄存器設(shè)定來控制，該16個寄存器可通過標(biāo)準的SMBus或者I2C總線協(xié)議訪問。

　　圖2 TSL2561的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　2 硬件設(shè)計

　　2.1 控制電路設(shè)計

　　控制電路主要由PIC16F690的最小系統(tǒng)組成，包括復(fù)位電路、輸入按鍵電路、下載調(diào)試電路、供電電路、晶振電路以及相應(yīng)的信號輸入/輸出接口。

　　由于本系統(tǒng)的研究重點在于調(diào)光算法，且系統(tǒng)屬于小功率，故供電電路采用簡單實用的阻容電路。芯片供電電壓為3.3 V，采用ASM1117穩(wěn)壓芯片。

　　下載調(diào)試電路根據(jù)微芯公司提供的資料，采用微芯集成仿真器ICD3，接口電路根據(jù)官方資料設(shè)計。復(fù)位電路以及晶振電路按照常用電路設(shè)計?？傮w硬件框圖如圖3所示。

　　圖3 總體硬件框圖

　　2.2 驅(qū)動電路設(shè)計

　 　圖 4為基于恒流LED控制芯片NCL30160的LED驅(qū)動電路。NCL30160是安森美半導(dǎo)體推出的一款NFET遲滯降壓、恒流LED驅(qū)動器。它將電流 提升到了1.5 A，是新一代高能效的解決方案，損耗非常低，體積很小，可最大限度地減少空間和成本。通過利用僅55 mΩ的低導(dǎo)通阻抗內(nèi)部MOSFET及以100%占空比工作的能力，能夠提供能效高達98%的方案。最高1.4 MHz的高開關(guān)頻率使設(shè)計人員可采用更小的外部元件，將電路板尺寸減至最小及成本降至最低。

　　圖4 驅(qū)動電路圖

　　根據(jù)NCL30160的數(shù)據(jù)手冊及輸出要求計算外圍器件參數(shù)。系統(tǒng)采用5顆1 W的LED串聯(lián)，恒定電流為350 mA。

　　R1=200 mV/ILED=200 mV/350 mA≈0.56 Ω （1）

　　式中，ILED為LED燈串電流。圖4中的C5采用官方數(shù)據(jù)手冊推薦的取值。電感L1及ROT由式（2）～（4）得到。式中，toff、ton、△I、RDS（oN）的取值參考數(shù)據(jù)手冊;VIN在此處取為24 V，DCRL為電感電阻，此處取為0 Ω。

　　3 軟件設(shè)計

　　軟件設(shè)計包括主程序設(shè)計、I2C總線通信程序設(shè)計、調(diào)光算法設(shè)計，以及運動控制和按鍵輸入程序設(shè)計4部分，是實現(xiàn)系統(tǒng)智能化控制的核心。

　　3.1 主程序設(shè)計

　　圖5為主程序流程圖。主程序的作用是選擇是否改變PWM頻率及照度上限、無人模式和有人調(diào)光模式。恒照度算法在定時中斷處理程序中實現(xiàn)。

　　圖5 主程序流程圖

　　3.2 調(diào)光算法設(shè)計

　 　調(diào)光算法主要實現(xiàn)光照度信號的采集、數(shù)據(jù)處理運算并通過相應(yīng)的算法實現(xiàn)實時跟蹤補償照度，從而實現(xiàn)平滑調(diào)光。TSL2561光照度傳感器數(shù)字輸出符合 I2C 總線標(biāo)準協(xié)議，實現(xiàn)光照度采集必須實現(xiàn)TSL2561通信。I2C總線標(biāo)準協(xié)議的讀寫方法主要有硬件實現(xiàn)和軟件模擬，由于PIC16F690控制器沒有自 帶的I2C總線接口，故本文采用軟件模擬實現(xiàn)的方法。

　　采集進來的數(shù)據(jù)經(jīng)過TSL2561標(biāo)準規(guī)定的數(shù)據(jù)計算后獲得光照度，將采集進來的 室內(nèi)光照度與設(shè)定的標(biāo)準值比較，計算出LED需要補償?shù)恼斩戎?，并轉(zhuǎn)化為處理器內(nèi)PWM寄存器的值，記為當(dāng)前PWM值。將前PWM寄存器值記為 PWM原值。將PWM原值與當(dāng)前PWM值不斷比較遞增或遞減，使PWM輸出以極小的步長跟蹤當(dāng)前PWM值，從而實現(xiàn)平滑調(diào)光。此算法還能解決啟動跳變問 題，使系統(tǒng)啟動時PWM由零慢慢變化到當(dāng)前PWM值。調(diào)光算法程序流程圖如圖6所示。

　　圖6 調(diào)光算法程序流程圖

　　3.3 運動控制和按鍵輸入程序設(shè)計

　　運動控制采用紅外熱電釋人體運動傳感器，能夠檢測室內(nèi)是否有人，通過判斷人體的活動情況選擇相應(yīng)的照明模式。若有人則選擇調(diào)光模式，若無人則關(guān)閉LED燈，進一步節(jié)能。

　 　按鍵輸入主要有模式切換鍵及增減鍵，模式切換鍵主要用于切換改變頻率或者改變光照度的最大設(shè)定值。考慮到單片機的硬件資源和合理的調(diào)光需求，時鐘預(yù)分頻 比設(shè)定為4，頻率變化范圍為10～100 kHz，光照度最大設(shè)定值根據(jù)多次測量各時間段的光照度選取合適的調(diào)節(jié)范圍，故光照度最大設(shè)定值范圍為350～500。

　　4 實驗結(jié)果

　 　本實驗使用TSL2561光照度傳感器、控制電路、驅(qū)動電路。LED負載為5顆1 W的LED串聯(lián)，恒定電流為350 mA。系統(tǒng)的工作狀態(tài)可分為有人和無人，當(dāng)傳感器檢測為無人時，PWM輸出關(guān)閉，此時LED燈串熄滅;反之，則根據(jù)室內(nèi)光照度自動調(diào)節(jié)LED燈串的亮度。 由于實驗條件限制，室內(nèi)光照度改由遮光窗簾遮擋窗戶強光來實現(xiàn)。如果系統(tǒng)數(shù)據(jù)和波形與理論分析一致，則說明系統(tǒng)設(shè)計正確。理論計算公式如下：

　　式中，LUXF為反饋回來的光照度值。

　 　表 1是在多云天氣條件下測得的實驗數(shù)據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)不同的室內(nèi)照度，調(diào)節(jié)PWM輸出波形從而改變LED光亮度。由于室內(nèi)照度計探頭位置放置和TSL2561傳 感器有一定的偏差，故數(shù)據(jù)存在一定的誤差。即在有人時，根據(jù)式（5）計算PWM占空比與示波器顯示波形基本吻合;無人時，無論室內(nèi)光照度值是多少，PWM 占空比均為零，LED不照明。將實驗數(shù)據(jù)與理論值進行比較，考慮一定誤差的情況下，基本吻合。輸出部分PWM波形如圖7所示，分別為室內(nèi)光照為22.82 lx和317.08 lx時的PWM波形。

　　結(jié)語

　　通過實驗證明，系統(tǒng)按照程序設(shè)計，能夠很好地進行恒照度控制;運動控制在無人時自動關(guān)閉，一旦檢測到有人活動時，馬上進行恒照度控制。同時系統(tǒng)設(shè)置了調(diào)節(jié)調(diào)光頻率和最大光照度值，能夠根據(jù)不同要求做適當(dāng)?shù)母淖?。恒照度自適應(yīng)調(diào)光和人體運動控制有效實現(xiàn)了節(jié)能要求。

一種長壽命LED驅(qū)動電路設(shè)計方案

　　本文主要針對現(xiàn)有LED驅(qū)動電路因存在電解電容而縮短其壽命的缺點，提出了一種無電解電容的LED驅(qū)動電路的設(shè)計方案。該方案以延長電路使用壽 命為主題，以開關(guān)電源與線性電源相互結(jié)合為基礎(chǔ)，揚長避短充分利用各自的優(yōu)勢，因為開關(guān)電源具有高效率的能量變換的特點而線性電源具有無輸出紋波的特點， 本設(shè)計方案充分利用其各自的優(yōu)勢來替代電解電容濾波，有效的解決了現(xiàn)有 LED驅(qū)動電路存在壽命短的問題。這款LED驅(qū)動電路無大容量電解電容，小型電容可以采用長壽命的薄膜電容等容性元件，使其具有壽命長、效率高、紋波電流 小特點，并且具有較高的安全性和穩(wěn)定性。

　　1.前言

　　LED（發(fā)光二極管） 為新一代的綠色照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、高亮度、長壽命等諸多優(yōu)點。它不僅是照明光源的新寵，也與人們的生活戚戚相關(guān)。因此，研制長壽命的驅(qū)動電源，構(gòu) 建高效率、低成本、高功率因數(shù)和是LED燈發(fā)光品質(zhì)和整體性能的關(guān)鍵，也是 LED照明技術(shù)發(fā)展的需要。據(jù)不完全統(tǒng)計現(xiàn)有的白熾燈泡壽命比LED燈少約40倍。因為發(fā)光二級管不僅是直流電流驅(qū)動器件，也是光電轉(zhuǎn)換器，有將光電轉(zhuǎn)換 的功能。它的作用主要是通過流動電流，將電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽?，所以其?yōu)勢是比一般的光源的節(jié)能效率和工作壽命都要高。但是，在LED驅(qū)動電源的整流電路和濾波 電路中一般需要使用大容量的電解電容。電解電容器的壽命一般為l05℃/2000h，就是說當(dāng)電容周圍溫度升高到105℃時其壽命只有84天，即使工作在 溫度為85℃的環(huán)境中，使用壽命也僅為332天，所以電解電容是阻礙LED驅(qū)動電路壽命的主要原因。為了提高驅(qū)動電源的壽命，有必要去掉電解電容，為此文 中提出一種無電解電容的高亮度LED驅(qū)動電源。

　　2.LED驅(qū)動電路的工作原理

　　本設(shè)計方案電路的總體框圖如圖1所示：

　　電路拓撲采用反激式拓撲電路、利用PWM控制開關(guān)頻率，使其輸出恒定的電流和電壓，驅(qū)動LED燈。主要包括：前級保護電路、EMI濾波電路、整流電路、RCD鉗位電路、同步整流電路、功率轉(zhuǎn)換電路、輸出濾波電路、反饋電路、控制電路等。

　　為了使電路受電磁干擾較小，將EMI濾波電路接在前級保護電路后，通過它將電路中的高次諧波和電路中的浪涌濾除。

　　在輸入整流部分上，分別由橋式整流電路及π型濾波電路構(gòu)成，因為二極管具有單向?qū)ǖ奶匦?，所以橋式整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為單向的直流電，而后在π型濾波電路的作用下，輸出穩(wěn)定直流電壓。

　　再由控制電路調(diào)節(jié)和控制使輸出達到設(shè)計值，最后經(jīng)過輸出濾波電路，使輸出波紋減小變成直流電，最后將直流電輸出給LED使用。

　　3.LED驅(qū)動電路的具體設(shè)計

　　3.1 輸入電路的設(shè)計

　　本設(shè)計電路的指標(biāo)為：輸入交流電壓Vin:90-264 VAC/50-60Hz;輸出電壓Vo:27VDC;輸出電流Io:0.68A.

　　如圖2所示，輸入電路包括安全保險裝置、EMI噪聲濾波裝置、橋式整流電路和π型濾波電路。

　 　如圖2所示，為了減少在1MHz的頻段內(nèi)的電磁干擾，由電容C1、C2和電感L1、L2組成了EMI噪聲濾波電路。安全保險裝置由保險絲和 ZNR組成，當(dāng)有危害電路的尖峰電流產(chǎn)生的時候，保險絲會迅速切斷電路以保護負載；ZNR是浪涌吸收器，當(dāng)驅(qū)動電路的輸入端出現(xiàn)靜電和浪涌時它會變得阻抗 很高，因此可以保護后面的電路。橋式整流濾波電路，它的作用是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，其后的π型濾波器的作用濾除電路中電壓與電流的波紋。

　　3.1.1 EMI濾波器的設(shè)計

　　EMI濾波電路圖如圖3所示，EMI濾波電路在整流橋前，由差模電容CX1和CX2，主要用于衰減差模干擾，其值一般較大。

　　為了減少差模干擾，所以在整流橋后添加由C1、C2和L1組成π型差模濾波器。

　 　EMI濾波電路中的差模電容選用X安規(guī)電容，安全等級為X2，其耐壓值2500V，其中CX1=0.47uF，CX2=0.01uF.共模電感LX1為 7mH和LX2為1mH.整流橋后π型濾波電路的C1和C2濾波電容選用耐壓450V的薄膜電容，其電容值為0.22uF;差模電感L1大小為1mH.

　　從圖4中可以看出，當(dāng)頻率高過1KHZ時噪聲信號會有明顯的下降?？梢钥闯鲈撾娐房梢杂行У亟档透哳l干擾。

　　3.1.2 整流橋二極管的選擇

　　整流橋二極管的電壓應(yīng)力為：

　　考慮裕量，選用H D 0 6 （ V R = 6 0 0 V，IFAN=0.8A）。

　　3.2 高頻反激變壓器的設(shè)計

　　3.2.1 變壓器的參數(shù)的設(shè)計

　?。?）使用90Vac輸入電壓和9串負載做為最差工作條件來設(shè)計。

　　3.2.2 變壓器的仿真

　　如圖5所示，變壓器工作在DCM條件下原邊與副邊的電路電流波形圖。從圖中可以看出原邊電流Ipm與副邊電流Ism的值總是在從0開始增加，變壓器工作在此狀態(tài)可以保證能量的基本完全傳遞。

　　3.3 輸出電路的設(shè)計

　　如圖6所示。輸出電路由整流二極管D4，濾波電容C9，C10和穩(wěn)壓管D5組成。

　　3.3.1 輸出整流二極管的選擇輸出整流二極管D4的選擇標(biāo)準：額定電壓應(yīng)大于1.5倍的輸入電壓，額定電流應(yīng)當(dāng)大于2倍的輸出電流，反向恢復(fù)時間小于100ns.綜上所述，D4選擇為MB220，其參數(shù)為：200mA，100V，trr=50ns.

　　3.3.2 輸出電容的選擇

　 　如圖6所示，C9和C10是輸出濾波電容，由于輸出負載是LED串，根據(jù)LED的伏安特性，LED 正向?qū)妷旱妮^小的波動，都會導(dǎo)致LED導(dǎo)通電流較大的變動，因此要控制輸出的紋波電壓，而且在控制環(huán)節(jié)采用電流補償和提高開關(guān)頻率的技術(shù)，使得在不增 大紋波電壓的情況下適當(dāng)?shù)臏p小輸出電容值，因此這里選用的是四個22nF/50V的電解電容并聯(lián)。

　　3.3.3 穩(wěn)壓管的選擇

　 　如圖6所示，D 5為輸出電路中的穩(wěn)壓管，因為當(dāng)開關(guān)關(guān)斷的瞬間將會有反向電流流過IPD，這種反向電流將會導(dǎo)致器件損壞，所以應(yīng)在輸出電路中添加穩(wěn)壓管。使用的穩(wěn)壓管應(yīng) 達到指標(biāo)：I D》2？Io=2×0.68=1.36A，UD》Uo=27V，反向恢復(fù)時間trr《100ns.考慮裕量，所以本設(shè)計采用的器件為 MB220，其設(shè)計的參數(shù)為：2A/43V/50ns.，。

　　如圖7 所示， 負載的電流波形圖為i（p），負載的輸出電壓波形圖為out，從圖中可以看出，輸出電壓穩(wěn)定在27.8V，輸出電流穩(wěn)定在0.68A.

　　3.4 有源紋波補償電路的設(shè)計

　　3.4.1 有源紋波補償理論

　 　因為現(xiàn)有的L C濾波電路無法完全濾除紋波，而且電容量小的電容濾波效果更差，所以傳統(tǒng)的開關(guān)電源輸出波紋大，若流過LED的電流紋波過大將不僅影響了LED的光效，而 且影響LED的光衰，特別是電解電容由于它的使用壽命短，從而嚴重的縮短了開關(guān)電源和LED的使用壽命。因此，從研究小電容量入手、以輸出紋波小、能量變 換效率高為內(nèi)容，以使用的安全性和長期性為目的，構(gòu)建新型驅(qū)動電源，是十分重要的和必要的，是當(dāng)前急需解決的問題，具有一定的科學(xué)性和可靠性。

　 　文獻［4］在總結(jié)主輔補償電路的基礎(chǔ)上，采用線性電源對電感紋波電流進行補償?shù)姆椒ǎ潆娐方Y(jié)構(gòu)如圖8所示。通過檢測電阻R1的電壓來檢測電感紋波電 流，放大器輸出與電感紋波電流反向的補償電流通過電阻R5將電感紋波電流補償。該電路通過用電阻匹配來解決紋波電流補償問題，容易實現(xiàn)；并且省去電解電 容，使得電源的使用壽命能夠延長。

　　3.4.2 有源紋波補償電路的設(shè)計與仿真

　　如圖9所示，有源紋波補償電路由三極管，運算放大器A1，A2，和電感電流檢測電阻組成。其原理是通過檢測電感兩端的電流，通過運算放大器A1和A2比較后控制三極管的開關(guān)實現(xiàn)電流的補償。

　　如圖10所示，圖i（p）為電感輸出電流，圖i（e）為補償電流，二者疊加后為輸出到二極管的電流。從圖中可以看出，經(jīng)過補償電路對LED電流的補償可以有效地減小電流波紋。

　　4.結(jié)束語

　 　目前LED驅(qū)動電路中，影響驅(qū)動電路整體壽命的主要因素是儲能電容，所以本設(shè) 計采用線性電源抑制輸出波紋，達到減小儲能電容的電容量的目的，因此可以在不增加輸出波紋的情況下采用壽命長的薄膜電容取代電解電容，從而提高LED驅(qū)動 電路的整體壽命。從仿真結(jié)果來看，采用以有源紋波補償后，電路運行穩(wěn)定，各項指標(biāo)滿足要求，這說明此方法能夠有效的提高了驅(qū)動電路的使用壽命。

飛兆、NXP、TI、安森美四家LED驅(qū)動方案大比拼

　　Fairchild

　　Fairchild FL7730 Application Circuit

　　?兼容傳統(tǒng)TRAIC調(diào)光方式

　　?單級PFC控制，PF 可達 0.92

　　?效率最大到 84%，無需輸入大電容及反饋線路

　　?內(nèi)建 CC/CV，CC mode 具備線電壓補償

　　?輸入電壓范圍：80 to 308VAC，工作電流：5mA

　　?具有開路/短路保護，逐周期限流

　　NXP

　　AC Traic dimming solution

　　SSL2101 /SSL2102

　　?SSL2101/2102 內(nèi)置 650V power MOSFET

　　?電路架構(gòu)簡單 Flyback or Buck

　　?PCB板可以更小

　　?SLL2101/2102 的輸入電壓范圍：85 to 276VAC

　　?輸出電壓：9 to25V

　　?輸出可調(diào)電范圍：0mA to 400mA

　　?過電壓保護有，保護點：25V

　　?可相容市面上多種AC TRAIC調(diào)光器

　　?PF> 0.9

　　?效率> 80%

　　安森美

　　NCL30000

　　?極低的啟動電流：24μA，工作電流：2mA.

　　?固定導(dǎo)通時間，CRM 模式控制單元

　　?+500/-800mA 閘極極驅(qū)動電流

　　?PF> 0.9

　　?專為CREE的MPL而設(shè)計，輸出電流450mA，效率達80%

　　?SOIC-8 封裝

　　TI

　　LM3447

　　?使用輸入電壓前回饋技術(shù)的初級側(cè)控制

　　?輸入功率可調(diào)節(jié)

　　?固定頻率連續(xù)導(dǎo)通模式運行

　　?谷值開關(guān)實現(xiàn)高效率和低 EMI

　　?熱折返功能的LED保護

　　?LED開路和短路保護

　　?低諧波失真

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