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［关键 词］ LED照明；驱动电路；PWM调光
［中图分类号］ G718 ［文献标志码］ A ［文章编号］ 2096-0603（2017）１９-0０61-0１
一、驱动电路的设计要求
相较于传统的照明方式,LED照明有很多优点,比如节能、光效高、色彩丰富、寿命长、响应速度快等.LED的寿命可长达 50000 小时以上,同时白光LED的发光效率目前超过60lm/W,具有相当大的优势.虽然在现阶段,LED的成本仍然偏高,不过随着科技的进步,前景会越来越光明.
虽然LED还无法取代传统的照明灯具,但是这一天迟早会到来.本文介绍了将高功率LED应用到灯具中的一般流程,并以TI的TPS61161-Q1产品为例,重点讨论PWM调光驱动的设计和利用双路输出巧妙提高PWM调光频率.
(一)确定设计目标
LED灯必须达到或超过目标应用的照明要求.所以,在设计之前,必须确定照明要求.设计时需要LED中的光输出、功率、光效、寿命最高、环境温度等的一些特征.其中,光输出和功率是最重要的两个参数,可用来确定驱动电路的设计方案.
(二)计算LED数量
设计过程中的一个重要参数是满足设计目标所需的 LED 数量.其他设计都是围绕着 LED数量展开,它直接影响光输出、功耗以及灯具的成本.考虑光系统、热系统及电气系统的效率,本设计光输出实际效率大约为76.5%,实际光输出为850lm.LED则使用 4000-K色温的 XLamp XR-E LED,350mA最小光通量为67.2 lm.LED数量因为13颗,考虑到国外习俗,14颗是个比较合适的选择.
二、驱动电路的设计方案
为了使LED亮度随使用场景的不同而改变,LED驱动电路也需支持亮度调节.LED的亮度主要由通过其的正向电流控制,而LED上的电压降变化并不均匀,故调光性能的优化要从精确控制电流方面入手.
(一)调光方式的选择
市面上主流的调光方式有模拟调光和PWM调光.模拟调光是线性调光模式,通过成比例的调节LED正向电流来改变亮度,易于设计,也没有潜在的EMC/EMI风险.但是根据LED的特性,随着LED正向电流的改变,人眼能感受到明显的色谱偏移.因此,LED制造商都会给出推荐的正向电流范围.
为了获得最好的亮度和色谱,市面上一般采用的是PWM调光,通过调节LED正向电流的占空比来改变亮度.如果调光频率高于人眼的敏感范围（>,100Hz）,我们可以对导通时间和关闭时间进行平均来计算有效亮度.
由于现成LED调光芯片已上市销售,并有参考电路设计,所以,使用现成的LED调光芯片将使设计周期最短.所有零部件都已通过EMI和安规测试,一般而言更具有成本优势.可用的开发资源和目标效率通常决定了电气系统的选择.如今,在高功率LED越来越多的情况下,总体灯具光效的提高受LED本身的影响比受驱动器的影响要大.
(二)驱动IC的选择
由于PWM调光是一个纯数字的调光方式,在普通的调光方案中,开关频率范围小于500 kHz,陶瓷电容的压电效应和绕线线圈的震荡,离散低频调光周期可能会给系统带来可以感知的噪声.当开关频率在100 kHz和500 kHz之间时,人眼感受不到闪烁,但是会造成眼睛疲劳、头痛等情况.故此,高于500 kHz的调光频率是必须的,以防止EMI、噪音和颜闪效应等.
市面上的LED驱动IC,频率越高,论文范文越高,两个低频IC的论文范文往往远低于两倍频率的IC.但我们可以采用两颗低频IC分别驱动两组LED颗粒,理论上能够做到与单个高频IC相同的效果.
TPS61161-Q1是一个升压转换器,内置40V额定的FET,可驱动多达10个LED串联.升压转换器以600 kHz固定开关频率运行,能有效减少输出纹波,提高转换效率.默认LED电流由外部传感器电阻Rset设置.在工作期间,可以通过CTRL引脚控制LED电流.在数字或PWM模式下,TPS61161-Q1不会出现突发电流,可避免输出电容器产生可闻的噪声.该IC还具有集成的开路LED保护功能,以防止输出超过最大额定值.
(三)论文范文电路的设计
升压转换器的过流限制规定了最大输入电流,从而限制了给定输入电压的最大输入功率.由于功率转换损耗,最大输出功率小于最大输入功率.因此,输入电压、输出电压和效率都可以改变最大电流输出.电流限制钳位峰值为电感电流,需要减去纹波以获得最大直流电流.纹波电流是开关的频率,电感值和占空比的函数.
电感影响电路的稳态运行、瞬态特性和环路稳定性.这些因素是电力调节器设计中最重要的组成部分.电感器有三个重要的规格参数：电感值、直流电阻和饱和电流,因此,仅考虑电感值是不够的.
电感值决定电感纹波电流.当电感电流接近饱和电平时,其电感可以降低20％至35％,这取决于电感器厂商如何定义饱和电流.当电感电流在每个开关周期结束前下降到零时,使用电感值较小的电感器会产生不连续的PWM.这降低了升压转换器的最大输出电流,还会产生大的输入电压纹波,降低了效率.大电感值提供更多的输出电流和更高的转换效率.
参考文献：
［１］廖志凌,阮新波.半导体照明工程的现状与发展趋势［J］.电工技术学报,2006（9）.
［２］高猛.基于PWM控制的升压型LED驱动电路设计［D］.华南理工大学,2014.
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