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电子工程师LED供电电源的设计思路
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电子工程师LED供电电源的设计思路
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管理员
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单片机/DSP
2013-6-7 10:16:26
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在设计LED灯具的过程中,当系统架构工程师是位电子电力专家,或者电源设计被承包给一家工程公司时,一些标准电源设计中常见的习惯就会出现在LED驱动器设计中。一些习惯是很有用的,因为LED驱动器在很多方面与传统的恒压源非常相似。这两类电路都工作在较宽的输入电压范围和较大的输出功率下,另外,这两类电路都面对连接到交流电源、直流稳压电源轨还是电池上等不同连接方式所带来的挑战。
电力电子工程师习惯于总想确保输出电压或电流的高精确度,但这对LED驱动器设计而言并不是很好的习惯。诸如
FPGA
和DSP之类的数字负载需要更低的核心电压,而这又要求更严格的控制,以防止出现较高的误码率。因此,数字电源轨的公差通常会控制在±1%以内或比它们的标称值小,也可用其绝对数值表示,如0.99V至1.01V。在将传统电源的设计习惯引入LED驱动器设计领域时,通常带来的问题是:为了实现对输出电流公差的严格控制,将浪费更多的电力并使用更昂贵的器件,或者二者兼而有之。
成本压力
理想的电源是成本不高,效率能达到100%,并且不占用空间。电力电子工程师习惯了从客户那里听取意见,他们也会尽最大力量去满足那些要求,力图在最小的空间和预算范围内进行系统设计。在进行LED驱动器设计时也不例外,事实上它面对更大的预算压力,因为传统的照明技术已经完全实现了商品化,其价格已经非常低廉。所以,花好预算下的每一分钱都非常重要,这也是一些电力电子设计师工程师被老习惯"引入歧途"的地方。
要将LED电流的精确度控制到与数字负载的供电电压的精度相同,则会既浪费电,又浪费成本。100mA到1A是当前大多数产品的电流范围,特别是目前350mA(或者更确切地说,光电半导体结的电流密度为350mA/mm2)是热管理和照明效率间常采纳的折衷方案。控制LED驱动器的集成电路是硅基的,所以在1.25 V的范围内有一个典型的带隙。要在1.25V处达到1%的容差,亦即需要±12.5mV的电压范围。这并不难实现,能达到这种容差或更好容差范围的低价电压参考电路或电源控制IC种类繁多,价格低廉。当控制输出电压时,可在极低功率下使用高精度电阻来反馈输出电压(如图1a所示)。为控制输出电流,需要对反馈方式做出一些调整,如图1b所示。这是目前控制输出电流的唯一且最简单的手段。
深入研究之后,就会发现这种做法的一个主要缺点是:负载和反馈电路二者是完全相同的。参考电压被加在与LED串联的一个电阻上,这意味着参考电压或LED电流越高,电阻消耗的功率越大。所以,第一代专用LED驱动集成电路的参考电压要远低于现在的产品,这类似于电池充电器。电压更低意味着功耗更低,也意味着更小、更便宜、更低损耗的电流检测电阻。在图1b所示的简单的低端反馈环境下,200mV是常规的电压选择。但是,要在200mV参考电压下实现±1%的容差,则需要一个价格很高的集成电路,此时相对于标称参考电压的容差为±2mV。尽管这并不是不可能实现的,不过更高的精度需要更高的成本。±2mV的容差需要高精度电压参考所需的生产、测试和分档技术,此时,附加成本应花费在更智能的LED驱动器上。新的费用的价值是增加了一个反馈回路,借助该回路,可以利用光输出(而非电流输出)来控制如何驱动LED。
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