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LED驱动电路概述

时间:2018-01-05     来源:     访问量:

1.概述
LED是一种固体光源,当它两端加上正向电压,半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合,放出的过剩能量将引起光子发射。采用不同的材料,可制成不同颜色有发光二极管。作为一种新的光源,近年来各大公司和研究机构对LED的研究方兴未艾,使其光效得以大大提高,飞利浦与Agilent的合资公司目前已研发并生产出光效达到171m/W的白色LED,已达到白炽灯的水平。和白炽灯的相比较,LED在性能上具有很多优点,见下表:
表1白炽灯与白色LED的性能比较随着对LED研究的进一步深入,其光效将进一步得到提高,而其成本将一步下降,在不久的将来LED取代白炽灯甚至荧光灯而发展成21世纪的一种主要的照明光源将成为一种趋势。
新的光源呼唤新的电子镇流器,飞利浦照明电子在致力研发新的LED的同时,已于近年在全球各大开发中心开始了LED驱动电路的研究,在此研发领域已占据了世界领先的地位。
2.LED驱动电路概述
与荧光灯的电子镇流器不同,LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为直流电压,并同时完成与LED的电压和电流的匹配。
所以,LED伏安特性的数字模型可用下式表示
VF=Vturn-on+RsIF+(ΔVF/ΔT)(T-25℃)(1)
其中,Vturn-on是LED的启动电压
Rs表示伏安曲线的斜率
T环境温度
ΔVF/ΔT是LED正向电压的温度系数,对于多数LED而言典型值为-2V/℃。
从LED的伏安曲线及数字模型看,LED在正向导通后其正向电压的细小变动将引起LED电流的很大变化,并且,环境温度,LED老化时间等因素也将改变影响LED的电气性能。而LED的光输出直接与LED电流相关,所以LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。否则,LED的光输出将随输入电压和温度等因素变化而变化,并且,若LED电流失控,LED长期工作在大电流下将影响LED的可靠性和寿命,并有可能失效。
3.各种LED驱动电路拓扑结构的简要分析
飞利浦照明电子近年来致力于LED驱动电路的开发,已研发出多种LED驱动电路拓扑结构以适合各方面客户的需求,产品已广泛地运用于照明,汽车电子,路标,显示背光等领域。
一种简单的LED驱动电路的拓扑结构
这种LED驱动电路主要由电源隔离变压器,AC-DC整流器和限流电阻组成,变压器起到隔离和变压的作用,而限流电阻的作用主要是控制LED电流,限流电阻R应该比LED的正向等效电阻Rs要大,这样才能克服LED电流随输入电压和环境温度等因素而产生的变化,但是从效率角度,却不应取得太大。
在实际运用中,负载常采用通过串并联形成的LED阵列,这会使输出电流随输入电压和环境温度等因素而发生的变化更加显著,并且阵列形式或LED个数变化,限流电阻也应相应变化,所以采用这种简单结构的LED驱动电路一般只适合于驱动阵列形式固定的,并且灯个数较少的LED陈列。
在飞利浦开发的另外一个高档次的LED驱动电路系列的产品中,引入了电压或电流反馈控制环节。用户可以根据需要改变负载LED阵列形式和LED个数,得到不同的输出功率。同时该驱动电路也克服了因输入电压,环境温度等因素而LED灯光的颜色易变动等弊端,功率因数达到0.9以上,THD可做到20%以下,寿命可达到50000小时以上,同时还可完成从100%到1%的调光功能,并且此系列产品还具备过压和过流保护功能。
LED驱动电路主体结构采用flyback拓扑结构,Mosfet的通断由控制IC控制。这种结构在完成向负载提供直流电压的同时,既实现了功率因数的校正,又完成了负载与电源的隔离。
LED驱动电路的另一个任务是使LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。电路将一个基准电压或电流信号Sref与LED负载电压或电流信号Sload送入信号控制模块中进行比较,误差信号经处理后送回初级控制IC中进行处理,当负载电流因各种因素而产生变化时,初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。
4.LED数字RGB混合控制系统
为了进一步开拓LED的应用领域,飞利浦近期研发成功了一种针对LED的数字控制系统,使用户能够在很大范围内对LED的亮度,颜色和色调进行任意调节,获得了很大的成功。
大日常生活中,照明的颜色,色调,亮度和方向都会极大地影响氛围和人的情绪,看书时你也许需要光亮一点,看电视时则希望光暗一些,而如果想开一个聚会,那您可能希望用红色并柔和的光来渲染节日的气氛。近年来不同颜色LED的不断研发成功使这种需求有了实现的可能,而飞利浦LED数字RGB混合控制系统的研发成功则使这种可能转化为了现实。当然,这种系统也可用于LED的背光照明系统,这样您就可以根据您的需要任意改变LED的背景颜色,色调和亮度。
飞利浦研发的LED数字RGB控制系统通过调配红、绿、蓝三种LED发出光的强度,在一定温度范围内和在LED整个寿命周期内都能达到不同亮度不同颜色不同色调的光输出。利用光电二极管对三种颜色的光进行采样,然后利用DSP及控制算法完成对三种光的混合从而最终达到对光的强度,颜色和色调的控制。三个光电二极管分别对三种颜色进行采样,并转化为电信号,经放大滤波后分别进入三个PWM转换器,DSP对三个采样信号进行软件处理后通过对PWM的调节控制以达到对流经三个LED电流的控制,进而完成对光最终的强度,颜色和色调的控制。
本系统克服了LED因批量性能容差,环境温度等因素而产生的性能偏差,通过精确的软件控制,在任意情形下都能达到稳定的,高质量的,颜色,色调和亮度都可随意调控的光。并且在本系统中也设计了友好的人界面,使用户能够对控制参数任意设定,从而能自如地使用这种人性化的照明系统。




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