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(多图) 简单、高效和高亮度的LED控制

Peter Green?? International Rectifier公司先进照明设计中心高级系统工程师?? 2007年05月15日 ?? 收藏0

  很多照明应用都正在采用 HBLED高亮度发光二极管),这使它们成为了全球成长最快的光源。今天的先进设备已将发光效率提升到了 35 lm/W~50 lm/W(流明/瓦)范围。一些原型设备的发光强度已超过100 lm/W。当前趋势表明,LED 技术的不断发展可以为设备提供比荧光灯更高的发光效率,并最终相当于 HID 灯的输出。HBLED 已经超越了白炽灯和卤素灯,并且有更长的寿命、更高的可靠性、更小的尺寸,以及出色的低温特性。另外,LED 是固态器件,既不包含有毒气体,也没有灯丝。设计者正越来越多地将 HBLED 用于建筑照明、街道照明、装饰照明、招牌和高端电视机与显示器的背光。这些应用都必须从交流电或直流电源获取一个经稳压的直流电流。

图1一个基本的LED转换器为串接的LED串提供恒流


  International Rectifier 的 IRS2540 控制器实现了一个非隔离应用的恒流源。例如,它包括一个低压隔离电源,可将 LED 放在难以接近的位置,例如交通信号灯。这种结构类似于荧光灯或 HID 灯的电子镇流器,后者一般不提供直流隔离。

  对于输入电压远大于输出电压的应用,适合使用降压转换器,包括大多数招牌、装饰和建筑

照明。典型配置使用串接的 LED,以保证所有器件通过相等的电流(图 1)。串联可避免多余的电路,而在并联情况下就需要这些电路来维持相等的电流。然而,大型照明结构需要多个并联串,这种情况下一个串联串就可能超过可用电压,或超过转换器的最大工作电压。

  最常见的 LED 故障类型是短路。当一串 LED 中有一只损坏时,其它 LED 可继续正常工作。但是,一只并联 LED 的损坏则会使其它 LED 无法继续工作。串联 LED 的联合正向压降会随温度和 LED 颜色而变化。制造时的正向电压亦有很宽的公差。

  很多应用都需要调光。通过调整各基色 LED 的强度,可以组合出光谱中的任何颜色,从而为显示照明、招牌和照明提供了许多可能性。采用 IRS2540 降压稳压系统可以从一个逻辑电平 PWM 控制信号,在整个范围内调光。

  低频 PWM 信号用突发模式驱动转换器,切换 LED 的平均电流,从而改变发光强度(图 2)。与电流调制方法不同,PWM 在调光时不会改变 LED 的颜色。PWM 频率高到足以避免可见闪烁。

图2突发模式调光为LED串的光输出提供出色的控制能力同时保持杰出的色彩保真度


  HBLED 可以使建筑师、设计师、规格制定者和制造商创建出未曾有过的照明效果,为电影院、摄影室、夜总会、餐馆和其它高能见度的场合设计光照。数字场景控制与协议(如 DMX512)提供了引人注目和动态的照明显示方式。IRS2540 适合于这些能与微控制器调光电路简单接口的应用。

  LED 光源从本质上适合于风景照明和室外照明,跟荧光灯和白炽灯相比,它们使用寿命更长,维护成本更低。LED 亦不太容易受潮气侵害。与传统灯泡不同,LED 没有容易破碎的部分,甚至可以粗暴地取放。灵活的数字控制系统可以产生引人注目的照明效果,如在室内应用中,可以在不重新布线和安装新系统的前提下,改变照明方案。

  照明设计师正在日益转向使用大功率 LED,因为它们寿命长、坚固、灵活、尺寸小,并且能效高。现在他们已经能使用那些几年前才刚刚出现的较大 LED,如 1W、3W和 5W封装,它们的工作电流高达 1.5A。

  IRS2540 集成了一个浮动高端驱动器,能采用一种电流检测方法来连续监控 LED 的电流(图 3)。而其它控制器只有在 buck 转换器开关导通时才能监控电流。这使得 IRS2540 能实现与峰值电流控制相反的平均电流控制,并提供一个固有稳定的电压调节,可工作在更宽的线路与负载范围下,而不会达到设计极限范围。

图3IRS2540为转换提供连续时间电流监控功能实现真正的平均电流控制


  转换器 IC 用它专利的时间延迟滞后控制方法,精确地调节电流。整个系统既简单又灵活,并且能够从一个 DC 总线或直接从一根整流 AC 线上为 LED 供电。当 LED 的正向电压有很大制造公差时,精确控制电流就成为一个挑战。例如,在使用 Lumiled 常见的 Luxeon III 发光管时,根据制造商的数据表,对白、绿或蓝光,标称值为 3.7V 的正向电压 VF 会在3.03V~4.47V范围内变化。轻微不均匀的公差就会在 700 mA 电流下使器件的正向电压出现 -18%,+20% 的变化。VF 亦会随温度而变化,它有一个 -2mV/℃ 的负温度系数。在 +100℃时,它会另有 0.15V 的电压变动。典型的多 LED 串会进一步放大这种变动,所以需要中、高的总线电压。

  IRS2540 用一个固有稳定的简单设计实现了精确的电流控制,不需要复杂的电路分析。由于这种方法采用连续电流模式,设计必须限制硬交换期间的冲击。实现方法是单纯地控制电路的延迟。该设计的峰值电流远低于峰值电流控制模式结构。因此,LED 转换器可以使用较小、更高效的 MOSFET 开关,以及更小的电感。


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高亮度? LED控制? HBLED?

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