目前发光二极管驱动芯片按类型可分为:恒压式驱动芯片、恒流式驱动芯片以及脉冲式驱动芯片。其中恒压式驱动芯片一般就是我们常见的DC/DC升压芯片居多。这种方案的优点是芯片成本便宜没有复杂的外围电路。但只能恒定电压驱动LED就会造成驱动输出时电路电流的不可控。无法保证LED亮度的一致性。
1.LED驱动器是什么
LED驱动器(LED Driver),是指驱动LED发光或LED模块组件正常工作的电源调整电子器件。由于LED PN结的导通特性决定,它能适应的电源的电压和电流变动范围十分狭窄,稍许偏离就可能无法点亮LED或者发光效率严重降低,或者缩短使用寿命甚至烧毁芯片。现行的工频电源和常见的电池电源均不适合直接供给LED,LED驱动器就是这种可以驱使LED在最佳电压或电流状态下工作的电子组件。
由于LED应用几乎遍及电子学应用的各个领域,其发光强度,光色以及通断控制等变化几乎是无法预估的,所以LED驱动器也就成为几乎是一对一的伺服器件,使这个器件家族成员变得五花八门。最简单的LED驱动器(如果能这样称呼它的话)可能就是一个或几个串并联的阻容元件在回路中分流分压,它根本不成其为一个独立的产品。而对于要求提供稳定的恒流恒压输出的更普遍的商业应用,则形成了一系列有精确的电源调整能力的系统解决方案。实现这些解决方案,通常需要比较复杂的电路设计,其核心是LED驱动IC的集成化应用。通过在LED驱动IC外围设置不同的支持电路,构建针对不同的LED应用解决方案,小到手机显示屏背光和按键灯光驱动,大到大功率LED路灯和大型户外LED显示屏等。
比较通用的大功率LED驱动器设计和供应,一般都由专业公司担当。这些公司将其二次封装成模块后供应给LED终端应用产品制造商。而不太通用的LED终端应用产品的驱动设计,可能需要自己动手设计。它成为这个LED终端应用产品独具技术含量的重要组成部分。因为作为封装产品的LED在上游,其技术性能已经固化在LED产品中,而打造独具特色的终端LED应用产品,对光源而言除了在LED驱动功能上下功夫之处,其它还可以打拼的地方已经不多了。
由于LED驱动器在LED应用产品上的独到重要性和广泛的用户需求,使得作为LED驱动器的心脏部件的LED驱动IC成了整个技术环节中的关键元素。促使很多生产商,其中不乏上市公司,以LED驱动作为其主营产品,向下游产业大量供应LED驱动IC,如杭州士兰微、深圳泉芯电子、深圳光华源科技、深圳国微电子、华润矽威科技,台湾地区的点晶科技、聚积科技、广鹏科技、台晶科技、飞虹、茂达、圆创等等。在这领域的具有行业领袖风范的美国厂商也不少,如美国国家半导体公司、美信、德州仪器、安森美、凌特公司、飞兆半导体等等。
LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器,通常情况下:LED驱动电源的输入包括高压工频交流(即市电)、低压直流、高压直流、低压高频交流(如电子变压器的输出)等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。
2.LED驱动器工作原理
工作原理:
如图所示为一个典型的20 V、14 W恒压(CV)、恒流(CV)输出的电源电路。LED阵列的光输出量与所流经的电流量成正比。因此,LED驱动器应具有恒流输出,而不是恒压输出。在本设计中,DC输出未与AC输入隔离,因而LED阵列和外壳应与用户安全地隔离开来。
2.LED驱动器工作原理
AC输入由BR1、C1和C2进行整流和滤波。电感L1与C1和C2一起构成一个π形滤波器,并提供EMI滤波。保险丝F1在发生严重故障时提供保护。为使电源在空载下正常工作而不受损坏,使用齐纳二极管VR2进行恒压调整并使电压保持在约21 V。
通过检测电流检测电阻R7上的压降来实现恒流特性。并联稳压器IC U3与R9、R8和R8A一起来在运算放大器U2的反向输入端生成0.07 V的精确电压参考。达到设定电流时,R7上的电压将超过参考电压,这样会使运算放大器的输出增大。此时会正向偏置D4,驱动Q1的基极,进而将电流从U1的EN/UV引脚拉出。电容C7和电阻R11提供环路补偿。使用运算放大器的限流方式使电流采样电压最小化,从而降低了损耗,使效率最高。
只要EN/UV引脚拉出的电流超过115 μA,U1中的MOSFET都会以逐周期的方式被禁止(开/关控制)。通过调整使能与禁止开关周期的比例,反馈环路可以调节输出电压或电流。开/关控制方式同时优化了不同负载情况下的转换器效率,使之符合能效标准。
由于环境温度高,U1将在降低的电流限流点模式下进行工作。这样可以提高电源的整体效率并改善其散热性能。初级箝位(D1、VR1、C3及R3)将最大峰值漏极电压控制在内部MOSFET的700 V BVDSS击穿电压之下。电阻R23减小高频漏感振荡,从而降低EMI。次级侧的输出通过二极管D2、D3和C6进行整流和滤波。
3.LED驱动器作用和用途
作用和用途:
LED驱动电源是LED灯具的关键所在,它就好比一个人的心脏,要制造高品质的、用于照明的LED灯具必须放弃恒压方式驱动LED。
恒流源驱动是的LED驱动方式,采用恒流源驱动,不用在输出电路串联限流电阻,LED上流过的电流也不受外界电源电压变化、环境温度变化,以及LED参数离散性的影响,从而能保持电流恒定,充分发挥LED的各种优良特性。
采用LED恒流电源来给LED灯具供电,由于在电源工作期间都会自动检测和控制流过LED的电流,因此,不必担心在通电的瞬间有过高的电流流过LED,也不必担心负载短路烧坏电源。
采用恒流驱动方式,它能避免LED正向电压的改变而引起电流变动,同时恒定的电流使LED的亮度稳定,也便于LED灯具厂实施大批量生产时保证产品的一致性,因此众多厂家已经充分认识到驱动电源的重要性,许多LED灯具厂家已经放弃恒压方式,而选用成本稍高的恒流方式驱动LED灯具了。
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