2022年详解大功率LED恒流驱动原理.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用详解大功率 LED 恒流驱动地设计原理时间： 2022-01-03 15:16:32 来源：作者：0 引言光伏发电行业作为一种新兴行业 , 其进展具有突飞猛进地趋势 . 光伏照明是光伏产业中地支柱产业 . 由于光伏电池所发出来地电假如不经过一次变换地话是直流电 , 因此 ,LED 光源作为一种直流电光源 , 特别适合光伏照明产业 . 但是 ,LED 地高效节能地优点要想保证地话, 其驱动具有尤为重要地作用 . 本文对大功率 LED 和小功率 LED 适合地驱动进行了比较研究. 并且提出一种基于 PT4115 地高效率地

2、大功率 LED 恒流驱动解决方案 . 该种驱动电路简单、高效、成本低 , 适合当今太阳能产品地市场化进展 . b5E2RGbCAP 1 LED 工作特性LED 具有对电压敏锐地特性 , 当 LED 两端电压超过其导通电压后 . 可近似地认为其正向电压 VF和正向电流 IF 成比例关系 . 因此 , 电压地变化会引起电流地变化 . p1EanqFDPw 图 1 LED 地 VF 和 IF 特性曲线线从图 1 可以看出电压地微小变化会引起电流地极大变化 . 由此 , 可以得出对于 LED 应当采纳恒流驱动 , 防止流过 LED 电流地极大波动 , 影响 LED 地使用寿命 . 因此 , 不管是沟通

3、恒流驱动仍是直流恒流驱动 安. DXDiTa9E3d , 其输出端 LED 两端电压地峰峰值最好掌握电流在几十毫2 LED 常用驱动技术比较讨论2. 1 电阻镇流驱动图 2 采纳镇流电阻驱动地原理图从图 2 中可见 , 采纳电阻镇流地驱动方式就是在 LED 灯串上串联上镇流电阻 . 通过镇流电阻降低在 LED 灯串上地电压 , 防止 LED 过压被击穿 . 镇流电阻地驱动方式实际上就是通常所说地恒压驱动方式 . 该种驱动方式虽然简洁 , 但是在镇流电阻上会有损耗 , 并且 , 损耗会随输入电压地增大而增大 . 因此 , 该种技术作为最早地驱动技术 , 已经随着技术地进展 ,逐步被取代 . RT

4、CrpUDGiT 1 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用2. 2 PWM 恒压驱动方式众所周之 ,PWM驱动方式本身具有驱动效率高地优点. 因此 , 采纳 PWM 恒压驱动方式具有效率高 , 驱动电路简洁地优势 . 但是 , 镇流电阻这种恒驱动方式 , 已经不适合当今光伏照明地简洁、高效地趋势 . 因此 ,PWM恒压 IC 随之显现 . 5PCzVD7HxA 图 3 恒压驱动原理对于采纳恒压驱动见图 3） , 因输出到 LED 负载两端地压降不变, 假如其中一路地某颗 LED 发生短

5、路故障 , 就这个输出地恒压压降将全部降在其它 LED 承担地电压可能超过电压额定值 , 而将其烧毁 . jLBHrnAILg LED 两端 , 就剩余地每颗LED 因其 VF 值特性缘由做不到相同 , 随着温度及电流大小也有些 VF 值也会发生变化 , 一般不适合并联设计 . 但是有些情形又不得不并联解决多颗 LED 驱动成本问题 , 就像小功率 LED 假如每一路采纳一个恒流源会大大增加驱动成本 , 因此 , 就必需采纳多组 LED 灯串并联 , 而采纳恒压驱动地方式进行驱动 . xHAQX74J0X 因此 , 即使采纳恒压驱动地方式, 也要挑选 PWM恒压驱动 IC , 提高驱动效率 .

6、 迫于小功率LED 要想实现和大功率相同地照度, 所需数量大 , 假如每路驱动使用一个恒流驱动 , 将大大增加驱动成本 式. LDAYtRyKfE 2. 3 恒流驱动技术, 鉴于此问题 , 小功率 LED 适合采纳恒压驱动方对于恒流驱动实际上很大程度上是结合 PWM恒压驱动高效率地特点 , 对其进行改造以最简洁地方法实现恒流 . 对于 PWM恒压 IC 内置一个基准电压 , 通过采样反馈端 FB 端电压和内置电压比较 ,以掌握 PWM输出占空比 , 以实现恒压驱动 . Zzz6ZB2Ltk 要进行恒流掌握就要在斩波输出端串联一个小电阻 , 采样其对地电压 , 然后对其进行放大并反馈到恒压掌握端

7、 , 以进行恒流掌握 . 由于采样电阻串联在输出回路里 , 要降低落在电阻上地功耗 , 就要尽量减小电阻地阻值 , 通常选 0. 1 电阻 . dvzfvkwMI1 采纳恒流驱动 , 必需每一路 LED 灯串有一个恒流源驱动 . 当灯串中单颗 LED 发生短路故障时 , 由于输出电流不变 , 因此 , 并不影响其它 LED 地光效 , 采纳恒流驱动能大大提高LED 地使用寿命 . rqyn14ZNXI 3 基于 PT4115 地恒流驱动技术3. 1 PT4115 芯片简介1） 极少地外部原件2） 很宽地电压输入范畴：从 8 V 到 30 V 3） 最大输出 1. 2 A 电流4） 复用 DIM

8、 引脚进行 LED 开关、模拟调光、PWM调光5） 5 % 地输出电流精度6） LED 开路爱护7） 高达 97 %地效率2 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用8） 输出可调地恒流掌握方法9） 内部含有抖频特性, 极大地改善EMI 3. 2 典型应用电路图 4 PT4114 典型应用电路对于 PT4115 见图 4） 即可以应用于 1218 V 地沟通 , 也可应用在 8 V30 V 地直流 . 因此 , 应用范畴更加广泛 . 并且 , 驱动电路简洁 , 所需元器件均价格低廉 . 适

9、合批量、市场化 . EmxvxOtOco 3. 3 PT4115 恒流原理IC 内部设定值相对于VIN 电压值不变即可实保持采样端 CSN） 输入电压值为现恒流 . 由于：式中：ILED -流过 L ED 地电流；VCSN - 电压检测端电压；RS - 电流采样电阻 . 从式 1） 可见 , 只要保证采样端电压相对于输入端电压不变, 就能使流过LED 地电流恒定 . 3. 4 PT4115 调光措施2. 5 V PT4115 采纳 PWM 调光措施 , 当 DIM 引脚电压低于0. 3 V 时关断 LED 电流 , 高于时开启 LED 电流 . SixE2yXPq5 PWM调光措施相对于传统地

10、线性调光, 不影响 LED 地光效 .PWM 调光地基本原理是保持 LED 正向导通电流恒定 , 而通过掌握电流导通和关断地时间比例 , 即掌握每个周期电流导通地时间 .PWM 调光地优势是 LED 正向导通地电流始终是恒定地 ,LED 地色度就不会像模拟调光一样会变化 .PWM调光可以在精确掌握 LED 地亮度地同时 , 也保证 LED 发光地色度. 6ewMyirQFL 线性调光是通过转变流过LED 地电流来调整光效地, 流过 LED 地电流地变化必定会影响 LED 地色度 . 因此 ,PWM调光相对传统地线性调光具有很大地进步 . 3. 5 PT4115 频抖改善 EMI 地原理3 /

11、6 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用频率抖动技术 Frequency Jitter） 是一种从分散谐波干扰能量着手解决 EMI 问题地新方法 . 频率抖动技术是指开关电源地工作频率并非固定不变, 而是周期性地由窄带变为宽带地方式来降低EMI , 来减小电磁干扰地方法. kavU42VRUs 频率抖动技术通过扩展电源噪声频谱地方式降低了窄带EMI.对于可以抖动多少地振荡器频 fs ） , 存在一些局限性 . 其中一些局限因素是开关损耗和磁路设计 . 为了将升压电感尽可能地保持较小 , 并将开

12、关损耗保持在可控范畴内 , 频率抖动应不超过基本频率地 20 %至 30 %. y6v3ALoS89 3. 6 PT4115 地动态温度调剂和过温爱护护. 对于 PT4115 具有动态温度调剂地功能 , 并且 , 可以在此功能地基础上实现过温保3. 6. 1 动态温度调剂 .图 5 动态温度调剂原理图从图 5 中可见 ,DIM 端内部是一个1M地上拉电阻 , 连接到内部5V 电源上 .DIM 端电压由内部上拉电阻和热敏电阻 NTC 分压打算 . 从热敏电阻地特性可以知道 , 温度地变化会影响 NTC 地阻值 , 进而影响 DIM端电压 , 以实现 PT4115 地动态温度调剂 . M2ub6v

13、STnP 3. 6. 2 过温爱护地实现 .从图 6 中可见 , 相对于图 5 多了一个三极管 , 当温度上升时 ,NTC 电阻地阻值减小 ,其上地分压也减小 , 就相应地其下面电阻上地分压上升 , 当超过三极管地开通电压时 , 三极管导通 ,DIM 端接地 , 关断 LED电流 , 当温度降低时 , IC 过温爱护 . 0YujCfmUCw 重启 , 因此 , 实现了 PT4115 地图 6 过温爱护地实现原理图3. 7 PT4115 工程应用中地体会4 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1） 电感越大 ,

14、 工作频率越低 , 恒流成效越好；个人资料整理仅限学习使用,2） 输出电流越大, 需要电感值越小电感挑选便利；3） 通常电感越大 , 功率开关地开关损耗越小 , 但相应地电感地损耗会增大；4） PT4115 内部自带过温爱护功能 , 外部过温爱护可设 , 对 LED 实现双重爱护；5） PCB 布线要尽可能地将铜箔与 PT4115 地 Ex2posed PAD 和 GND 地接触面积增大 , 以利散热； 6）沟通 12V 整流管和续流二极管肯定要选用低压降地肖特基二极管 , 以降低自身功耗；7）电感选取时 , 其饱和电流要求为输出电流地 1. 5 倍. eUts8ZQVRd 4 试验结果4.

15、1 效率测定采纳试验室精密外表 , 对 PT4115 地输出效率进行了测量 , 现以输出为 3 颗 LED 串联负载为例 , 其结果见表 1. sQsAEJkW5T 表 1 不同输入电压下 , 输出效率测定从表 1 可见 , PT4115 地整体供电效率维护在91 %以上 , 相对于当前市场上地恒流源, 是一款效率高地产品 . 并且 , 单路可以实现驱动最多 7 颗 1W地 LED 串联 . 由于 , 外围电路简洁 , IC 封装体积小 , 可以将恒流驱动和 LED 负载整合在一块铝基板上 , 实现驱动、散热一体化地模组方案 . GMsIasNXkA 4. 2 试验波形通过示波器采样肖特基二极

16、管两端地波形, 同样以 3 颗 LED 负载为例进行采样. 图 7 输入电压 12 V 负载为 3 颗 LED 串联时地波形从波形图 7 与可见斩波波形没有毛刺, 因此 , 谐波含量比较低, 恒流驱动损耗小. 5 小结5 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本文通过对各种常用驱动技术进行比较个人资料整理仅限学习使用., 得出大功率LED 应采纳恒流驱动地结论并且 , 具体介绍了基于 PT4115 地大功率 LED 恒流驱动地原理、优点、及其电路实现 . 同时 , 也具体表达了在采纳 PT4115 实现恒流驱动过程中地体会总结 . 最终对其试验结果进行了描述, 证明白该驱动地合理性、高效性、简洁性等突出优点 性. TIrRGchYzg 6 / 6 . 该恒流驱动具有很强地工程有用名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页