開(kāi)關(guān)模式電源設(shè)計(jì)讓LED永不熄滅
發(fā)布時(shí)間:2014-06-30 責(zé)任編輯:echotang
【導(dǎo)讀】LED照明需求旺盛??蛇x擇的電源設(shè)計(jì)很多。如果你的目標(biāo)是設(shè)計(jì)整個(gè)照明設(shè)備,你還可以參考更多其他的設(shè)計(jì),包括熱管理及光學(xué)系統(tǒng)。本文將集中介紹電源設(shè)計(jì)。
驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)模式下的多個(gè)高功率LED并實(shí)現(xiàn)均勻亮度、調(diào)光功能及功率因數(shù)補(bǔ)償并不是一件簡(jiǎn)單的事情,然而對(duì)于專(zhuān)業(yè)的電源設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō),只需一天時(shí)間便可滿(mǎn)足全部的設(shè)計(jì)要求。我們所說(shuō)的“驅(qū)動(dòng)LED”就是指“設(shè)計(jì)合適的電源”。但如果你不是專(zhuān)業(yè)的電源設(shè)計(jì)工程師,那么這個(gè)設(shè)計(jì)方案可以說(shuō)是個(gè)不小的挑戰(zhàn)。
切勿望而生畏
在進(jìn)行電源設(shè)計(jì)之前,必須先解決電源負(fù)載的問(wèn)題。為此,需要考慮以下幾個(gè)因素:
功率需求—你想要驅(qū)動(dòng)多少個(gè)LED燈?是1W、3W還是5W的LED燈?每個(gè)串聯(lián)線路上的LED燈是否是固定數(shù)量,還是需要根據(jù)輸出電壓范圍調(diào)整電源供電?你期望的電源亮度如何?Cree公司提供一個(gè)優(yōu)秀在線工具,可幫助工程師確定其應(yīng)用設(shè)計(jì)所需LED燈的數(shù)量。
連接方案—你是想采用串聯(lián)、并聯(lián)還是混聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)LED燈?若需要使每一組的所有LED亮度保持一致,一般建議采用串聯(lián)配置。但若輸出電壓有問(wèn)題,則建議采用并聯(lián)方式。
正向電壓(VF))—不僅電路中各LED燈的VF值不同,同時(shí)具備不同顏色及不同芯片技術(shù)的典型LED正向電壓也不一樣。以下是Avago公司ASMT-Ax001W系列設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù):
LED發(fā)光顏色芯片類(lèi)型VF,最小值VF,規(guī)格值VF,最大值電流
暖白色I(xiàn)nGaN2.83.23.5350mA
紅色AlInGaP1.72.12.3350mA
藍(lán)綠色I(xiàn)nGaN3.03.43.8350mA
特性—實(shí)現(xiàn)調(diào)光及功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)忍匦跃鶎⒃黾釉O(shè)計(jì)的復(fù)雜度。通過(guò)改變LED的持續(xù)正向電流或進(jìn)行脈寬調(diào)制(PMW)便可實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能;而通過(guò)PWM輸出,利用低成本微控制器便可實(shí)現(xiàn)最大限度的控制及靈活性,但必須與電源電路進(jìn)行精確集成。至于功率因數(shù)補(bǔ)償(PFC),若是由于尺寸或預(yù)算限制而無(wú)法實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)PFC,那么你還有其他選擇,例如安森美半導(dǎo)體公司就提供一套基于NCL3000臨界導(dǎo)電模式控制器的單段式高功率因數(shù)LED驅(qū)動(dòng)方案。
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)—任何人都不希望成為有偏見(jiàn)的人,包括我自己,但由于我成長(zhǎng)于半導(dǎo)體領(lǐng)域,不可避免地傾向于采用開(kāi)關(guān)模式進(jìn)行所有設(shè)計(jì)(我有一些要好的朋友則是線性設(shè)計(jì)師)。LED照明及開(kāi)關(guān)模式電源的一個(gè)最大賣(mài)點(diǎn)就是高能效,那么為什么不就此設(shè)計(jì)電源呢?若決定采用LED照明及開(kāi)關(guān)模式,那么你需要考慮以下幾個(gè)問(wèn)題:你的照明應(yīng)用是采用直流還是離線式?如果采用離線式,是否需要進(jìn)行隔離或通用輸入?你希望LED燈組同步還是異步?每一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在實(shí)現(xiàn)你的應(yīng)用需求時(shí)都有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
在開(kāi)始電源設(shè)計(jì)之前,需要考慮的最后一個(gè)重要問(wèn)題是確定自己的能力水平。專(zhuān)業(yè)的電源設(shè)計(jì)師即使從零開(kāi)始進(jìn)行電源設(shè)計(jì)都會(huì)覺(jué)得比較輕松,但我們當(dāng)中真正算得上是電源設(shè)計(jì)師的人卻寥寥無(wú)幾。你可以根據(jù)自身的設(shè)計(jì)目標(biāo),分別參考以下三種方案:
購(gòu)買(mǎi)成品電源
盡管采用他人設(shè)計(jì)的電源方案通常讓人沒(méi)有什么成就感,但它卻是工程師構(gòu)建LED照明的最簡(jiǎn)便方法。即使是這種情況,工程師也有一些極佳的選擇。臺(tái)灣明緯公司提供的離線式LED電源包裝精美,適用于室內(nèi)室外應(yīng)用,同時(shí)具備調(diào)光、綜合保護(hù)、PFC及通用交流輸入等功能,用業(yè)內(nèi)話(huà)來(lái)說(shuō)就是“功能完整”的小家伙。若你還有其他功能需求,該公司還可提供更多基礎(chǔ)的可選方案。
修改成熟的參考設(shè)計(jì)
如果你在電源設(shè)計(jì)方面沒(méi)有經(jīng)驗(yàn),這對(duì)你可能是最好的方法,尤其當(dāng)你受限于某個(gè)專(zhuān)有設(shè)計(jì)方案時(shí)。像德州儀器(TI)及意法半導(dǎo)體等半導(dǎo)體巨頭公司都在其官網(wǎng)上公布了完整的參考設(shè)計(jì)方案,包括原始電路圖、物料清單及應(yīng)用筆記,有時(shí)候甚至還有Gerber文件。你可以通過(guò)查看TI、意法半導(dǎo)體及凌力爾特等供應(yīng)商的參考設(shè)計(jì),從而獲得可靠的資源開(kāi)始產(chǎn)品設(shè)計(jì)。此外,請(qǐng)盡量保持謙謙君子的風(fēng)度,也就是說(shuō),當(dāng)你在修改某個(gè)供應(yīng)商的參考設(shè)計(jì)時(shí),你在設(shè)計(jì)、原型及生產(chǎn)制造整個(gè)設(shè)計(jì)流程中都應(yīng)該購(gòu)買(mǎi)該供應(yīng)商的產(chǎn)品。
若采用參考設(shè)計(jì)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā),你最好先研究一下提供該參考設(shè)計(jì)的供應(yīng)商。正如上文提到的Cree公司,它可提供一些有用的設(shè)計(jì)指南;德州儀器則提供模塊圖及在線PowerLab?參考設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù);而凌力爾特則在其官網(wǎng)上為設(shè)計(jì)師提供各類(lèi)應(yīng)用與設(shè)計(jì)筆記以及參考電路。此外,意法半導(dǎo)體、NXP及安森美半導(dǎo)體也都提供類(lèi)似資源以幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行LED電源設(shè)計(jì)。
更為幸運(yùn)的是,你還可獲取一些優(yōu)秀的經(jīng)濟(jì)型圖形捕捉及布局軟件用于電源設(shè)計(jì)。而當(dāng)你做好一切準(zhǔn)備工作并開(kāi)始構(gòu)建方案時(shí),你還可輕松獲得價(jià)格實(shí)惠的PCB設(shè)計(jì)服務(wù),保證快速報(bào)價(jià)及需求響應(yīng)。
對(duì)于專(zhuān)業(yè)工程師及類(lèi)似的創(chuàng)客們來(lái)說(shuō),孤注一擲是最具趣味的一種方案。你可以獲取全球的豐富資源,并使用價(jià)格實(shí)惠的電路設(shè)計(jì)軟件及一流的原型設(shè)備,這是有史以來(lái)可使你自己化身ODM的最佳時(shí)機(jī)。所以,讓LED永不熄滅吧!
如果你想從零開(kāi)始設(shè)計(jì)自己的電源,那你就不會(huì)有任何阻礙,可能偶爾煩躁一下燒焦的指尖或是帶著煙味的頭發(fā)。重要的是,你必須清楚這里所謂的孤注一擲并不是說(shuō)“獨(dú)自一人”。
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