優(yōu)秀的LED電源驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)要注意的5大關(guān)鍵點(diǎn)
得益于社會(huì)對(duì)節(jié)能減排的推崇，LED照明得到了極大的發(fā)展空間。很多設(shè)計(jì)者開(kāi)始紛紛投身到LED照明產(chǎn)品的設(shè)計(jì)當(dāng)中，如何快速準(zhǔn)確的進(jìn)行LED電源設(shè)計(jì)就成為了很多人關(guān)心的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)LED電源之前，驅(qū)動(dòng)的選擇非常重要，其很大程度上決定了LED照明設(shè)備的設(shè)計(jì)方法和效率。本篇文章當(dāng)中，就將為大家介紹LED驅(qū)動(dòng)電源五種設(shè)計(jì)要領(lǐng)，為初學(xué)者和具有一定經(jīng)驗(yàn)的朋友們提供參考。
芯片發(fā)熱
這主要針對(duì)內(nèi)置電源調(diào)制器的高壓驅(qū)動(dòng)芯片。假如芯片消耗的電流為2mA，300V的電壓加在芯片上面，芯片的功耗為0.6W，當(dāng)然會(huì)引起芯片的發(fā)熱。驅(qū)動(dòng)芯片的最大電流來(lái)自于驅(qū)動(dòng)功率mos管的消耗，簡(jiǎn)單的計(jì)算公式為I=cvf（考慮充電的電阻效益，實(shí)際I=2cvf，其中c為功率MOS管的 cgs電容，v為功率管導(dǎo)通時(shí)的gate電壓，所以為了降低芯片的功耗，必須想辦法降低c、v和f。如果c、v和f不能改變，那么請(qǐng)想辦法將芯片的功耗分到芯片外的器件，注意不要引入額外的功耗。再簡(jiǎn)單一點(diǎn)，就是考慮更好的散熱吧。
功率管發(fā)熱
功率管的功耗分成兩部分，開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。要注意，大多數(shù)場(chǎng)合特別是LED市電驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，開(kāi)關(guān)損害要遠(yuǎn)大于導(dǎo)通損耗。開(kāi)關(guān)損耗與功率管的cgd和cgs以及芯片的驅(qū)動(dòng)能力和工作頻率有關(guān)，所以要解決功率管的發(fā)熱可以從以下幾個(gè)方面解決：不能片面根據(jù)導(dǎo)通電阻大小來(lái)選擇MOS功率管，因?yàn)閮?nèi)阻越小，cgs和cgd電容越大。如1N60的cgs為250pF左右，2N60的cgs為350pF左右，5N60的cgs為1200pF左右，差別太大了，選擇功率管時(shí)，夠用就可以了。 剩下的就是頻率和芯片驅(qū)動(dòng)能力了，這里只談?lì)l率的影響。頻率與導(dǎo)通損耗也成正比，所以功率管發(fā)熱時(shí)，首先要想想是不是頻率選擇的有點(diǎn)高。想辦法降低頻率吧！不過(guò)要注意，當(dāng)頻率降低時(shí)，為了得到相同的負(fù)載能力，峰值電流必然要變大或者電感也變大，這都有可能導(dǎo)致電感進(jìn)入飽和區(qū)域。如果電感飽和電流夠大，可以考慮將CCM（連續(xù)電流模式）改變成DCM（非連續(xù)電流模式），這樣就需要增加一個(gè)負(fù)載電容了。
工作頻率降頻
這個(gè)也是用戶在調(diào)試過(guò)程中比較常見(jiàn)的現(xiàn)象，降頻主要由兩個(gè)方面導(dǎo)致。輸入電壓和負(fù)載電壓的比例小、系統(tǒng)干擾大。對(duì)于前者，注意不要將負(fù)載電壓設(shè)置的太高，雖然負(fù)載電壓高，效率會(huì)高點(diǎn)。對(duì)于后者，可以嘗試以下幾個(gè)方面：將最小電流設(shè)置的再小點(diǎn);布線干凈點(diǎn)，特別是sense這個(gè)關(guān)鍵路徑;將電感選擇的小點(diǎn)或者選用閉合磁路的電感;加RC低通濾波吧，這個(gè)影響有點(diǎn)不好，C的一致性不好，偏差有點(diǎn)大，不過(guò)對(duì)于照明來(lái)說(shuō)應(yīng)該夠了。無(wú)論如何降頻沒(méi)有好處，只有壞處，所以一定要解決。
電感或者變壓器的選擇
很多用戶反應(yīng)，相同的驅(qū)動(dòng)電路，用a生產(chǎn)的電感沒(méi)有問(wèn)題，用b生產(chǎn)的電感電流就變小了。遇到這種情況，要看看電感電流波形。有的工程師沒(méi)有注意到這個(gè)現(xiàn)象，直接調(diào)節(jié)sense電阻或者工作頻率達(dá)到需要的電流，這樣做可能會(huì)嚴(yán)重影響LED的使用壽命。所以說(shuō)，在設(shè)計(jì)前，合理的計(jì)算是必須的，如果理論計(jì)算的參數(shù)和調(diào)試參數(shù)差的有點(diǎn)遠(yuǎn)，要考慮是否降頻和變壓器是否飽和。變壓器飽和時(shí)，L會(huì)變小，導(dǎo)致傳輸delay引起的峰值電流增量急劇上升，那么LED的峰值電流也跟著增加。在平均電流不變的前提下，只能看著光衰了。
LED電流大小
我們都知道LEDripple過(guò)大的話，LED壽命會(huì)受到影響。對(duì)于LEDripple過(guò)高影響有多大，一些LED廠表示30%以內(nèi)都可以接受，不過(guò)后來(lái)沒(méi)有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。建議還是盡量控制小點(diǎn)。如果散熱解決的不好的話，LED一定要降額使用。也希望有專家能給個(gè)具體指標(biāo)，要不然影響LED的推廣。通過(guò)本文的介紹，LED電源的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)將不再是一項(xiàng)困難的任務(wù)。但需要注意的是，即便是擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)積累，也不能掉以輕心，優(yōu)秀的電源設(shè)計(jì)者要對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)心中有數(shù)。注意LED電源在調(diào)試中的計(jì)算、測(cè)量、老化等問(wèn)題。
芯片發(fā)熱
這主要針對(duì)內(nèi)置電源調(diào)制器的高壓驅(qū)動(dòng)芯片。假如芯片消耗的電流為2mA，300V的電壓加在芯片上面，芯片的功耗為0.6W，當(dāng)然會(huì)引起芯片的發(fā)熱。驅(qū)動(dòng)芯片的最大電流來(lái)自于驅(qū)動(dòng)功率mos管的消耗，簡(jiǎn)單的計(jì)算公式為I=cvf（考慮充電的電阻效益，實(shí)際I=2cvf，其中c為功率MOS管的 cgs電容，v為功率管導(dǎo)通時(shí)的gate電壓，所以為了降低芯片的功耗，必須想辦法降低c、v和f。如果c、v和f不能改變，那么請(qǐng)想辦法將芯片的功耗分到芯片外的器件，注意不要引入額外的功耗。再簡(jiǎn)單一點(diǎn)，就是考慮更好的散熱吧。
功率管發(fā)熱
功率管的功耗分成兩部分，開(kāi)關(guān)損耗和導(dǎo)通損耗。要注意，大多數(shù)場(chǎng)合特別是LED市電驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，開(kāi)關(guān)損害要遠(yuǎn)大于導(dǎo)通損耗。開(kāi)關(guān)損耗與功率管的cgd和cgs以及芯片的驅(qū)動(dòng)能力和工作頻率有關(guān)，所以要解決功率管的發(fā)熱可以從以下幾個(gè)方面解決：不能片面根據(jù)導(dǎo)通電阻大小來(lái)選擇MOS功率管，因?yàn)閮?nèi)阻越小，cgs和cgd電容越大。如1N60的cgs為250pF左右，2N60的cgs為350pF左右，5N60的cgs為1200pF左右，差別太大了，選擇功率管時(shí)，夠用就可以了。 剩下的就是頻率和芯片驅(qū)動(dòng)能力了，這里只談?lì)l率的影響。頻率與導(dǎo)通損耗也成正比，所以功率管發(fā)熱時(shí)，首先要想想是不是頻率選擇的有點(diǎn)高。想辦法降低頻率吧！不過(guò)要注意，當(dāng)頻率降低時(shí)，為了得到相同的負(fù)載能力，峰值電流必然要變大或者電感也變大，這都有可能導(dǎo)致電感進(jìn)入飽和區(qū)域。如果電感飽和電流夠大，可以考慮將CCM（連續(xù)電流模式）改變成DCM（非連續(xù)電流模式），這樣就需要增加一個(gè)負(fù)載電容了。
工作頻率降頻
這個(gè)也是用戶在調(diào)試過(guò)程中比較常見(jiàn)的現(xiàn)象，降頻主要由兩個(gè)方面導(dǎo)致。輸入電壓和負(fù)載電壓的比例小、系統(tǒng)干擾大。對(duì)于前者，注意不要將負(fù)載電壓設(shè)置的太高，雖然負(fù)載電壓高，效率會(huì)高點(diǎn)。對(duì)于后者，可以嘗試以下幾個(gè)方面：將最小電流設(shè)置的再小點(diǎn);布線干凈點(diǎn)，特別是sense這個(gè)關(guān)鍵路徑;將電感選擇的小點(diǎn)或者選用閉合磁路的電感;加RC低通濾波吧，這個(gè)影響有點(diǎn)不好，C的一致性不好，偏差有點(diǎn)大，不過(guò)對(duì)于照明來(lái)說(shuō)應(yīng)該夠了。無(wú)論如何降頻沒(méi)有好處，只有壞處，所以一定要解決。
電感或者變壓器的選擇
很多用戶反應(yīng)，相同的驅(qū)動(dòng)電路，用a生產(chǎn)的電感沒(méi)有問(wèn)題，用b生產(chǎn)的電感電流就變小了。遇到這種情況，要看看電感電流波形。有的工程師沒(méi)有注意到這個(gè)現(xiàn)象，直接調(diào)節(jié)sense電阻或者工作頻率達(dá)到需要的電流，這樣做可能會(huì)嚴(yán)重影響LED的使用壽命。所以說(shuō)，在設(shè)計(jì)前，合理的計(jì)算是必須的，如果理論計(jì)算的參數(shù)和調(diào)試參數(shù)差的有點(diǎn)遠(yuǎn)，要考慮是否降頻和變壓器是否飽和。變壓器飽和時(shí)，L會(huì)變小，導(dǎo)致傳輸delay引起的峰值電流增量急劇上升，那么LED的峰值電流也跟著增加。在平均電流不變的前提下，只能看著光衰了。
LED電流大小
我們都知道LEDripple過(guò)大的話，LED壽命會(huì)受到影響。對(duì)于LEDripple過(guò)高影響有多大，一些LED廠表示30%以內(nèi)都可以接受，不過(guò)后來(lái)沒(méi)有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。建議還是盡量控制小點(diǎn)。如果散熱解決的不好的話，LED一定要降額使用。也希望有專家能給個(gè)具體指標(biāo)，要不然影響LED的推廣。通過(guò)本文的介紹，LED電源的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)將不再是一項(xiàng)困難的任務(wù)。但需要注意的是，即便是擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)積累，也不能掉以輕心，優(yōu)秀的電源設(shè)計(jì)者要對(duì)每個(gè)設(shè)計(jì)要點(diǎn)心中有數(shù)。注意LED電源在調(diào)試中的計(jì)算、測(cè)量、老化等問(wèn)題。
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