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基于NCPl01x系列的LED驱动电路设计

2009-07-27 16:23
天堂的苦涩
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        1 引言

  超高亮度发光二极管(LED)的发展比人们先前的预计要更加迅猛。十几年前,发光强度达到或超过100坎德拉(cd)的LED被定义为超高亮度LED,而目前的水平早已突破1300 cd。几年前,LED的工作电流仅为10 mA~30 mA,发光效率仅为101 m~201 m/W,功率仅为几毫瓦或几十毫瓦(mW)。Lu-mileds照明公司的超高亮度LED(被称作LuxeonLED、Luxeon发射器和Luxeon Star)早已投放市场,其工作电流达200 mA~700 mA,功率达0.7 W~5W,发光效率高于25 lm/W,绿光、红光和深蓝色350mA LED的光通量达25 lm~30 lm。工作电流达l A乃至大于l A的LED很快就会投放市场。白色LED的发光效率已突破40 lm/W,远优于白炽灯,仅次于荧光灯。目前正在研制发光效率不只锁定在100 lm/W~120 lm/W,而是更高的LED。美国能源部资助由加州大学圣巴巴拉分校和壬色列学院照明中心承担的半导体照明项目,发光效率锁定在200 lm/W,远高于荧光灯、高压钠灯及金卤灯。该研发项目的目标旨在替代所有传统电光源。业界普遍认为,LED的发展将给照明领域带来一场革命。超高亮度LED是2l世纪最具有竞争力的固态光源。超高亮度LED的应用领域除大屏幕显示、汽车和交通灯等外.大约再过十余年将会取代自炽灯、卤钨灯和荧光灯。

        2 大电流LED的离线驱动方案

     在汽车中应用时超高亮度大电流LED可以利用汽车直流电源供电。若大电流LED用于景观照明、树木和草坪照明以及轿车停车场、交通安全岛信号灯、大屏幕显示背光源等场合时,宜采用220V(或110 V)的工频市电供电。

     驱动超高亮度Luxeon LED的最简单方案是采用图l所示的桥式整流电容器滤波电路。电源降压变压器次边输出为14Vac(Vin),桥式整流滤波电路输出电压VDC=1.2Vin。LXHL-MWlD型Luxeon LED的正向工作电流ILED=350 mA,正向压降(@350 mA)VLED=3.5 V。

采用桥式整流滤波电路驱动的Luxeon LED

图1:采用桥式整流滤波电路驱动的Luxeon LED

       限流电阻器Rl的阻值为

       R1=VDC-3*VLED=1.2*14-3*3.5V=18Ω        (1)

        可选择R1=20 Ω。当AC线路波动范围为±10%时,通过LED的电流变化率大于±25%。图l所示的LED供电电路虽然虽然简单,但电流调节性能差,并且在高AC线路下电压起伏时易损坏LED。图2所示为采用线性稳压器的Luxeon驱动电路。2只LXHL-MWlD型LED串联用于景物照明。

     MC7809型三端稳压器输出电压Vout=9V,电阻器Rl的阻值为

       R1=(Vout-2*VLED)/ILED
           =(9V-2*3.5V)/0.350A                                    (2)
           =5.7Ω
         R1上的功率消耗PR1为
         PR1=I*I*R1*R1=0.350*0.350*5.7=0.698W       (3)
         线性稳压器的功耗PIC1
         PIC1=(1.2Vin-Vout)*ILED=(1.2*14V-9V)*0.350A
                  =2.73W                                                    (4)

        图2所示的LED供电电路具有优良的电流调整性能(通常为±5%),但功率损耗较大,系统效率很低。

采用线性稳压器的Luxeon LED驱动电路

图2:采用线性稳压器的Luxeon LED驱动电路

        另外一种驱动方方案是基于控制电路(如NCPl200等)的回扫式开关电源拓扑配置。开关调整器电路要复杂一些,但可以获得优异的恒流特性,效率高达80%,虽然这种方案也用变压器,但因其在高频下工作,故尺寸和重量均比工频电流降压变压器要小得多和轻得多。

  3 Luxeon Star LED驱动电路

  3.1 NCPl01x的主要特点
   安森美半导体最近推出了NCPIOlx系列低待机功率离线开关电源自供电单片转换开关,集成了一个固定频率电流模式控制器和一个700 V的功率MOSFET。这种转换开关不仅可用于充电器低功率AC/DC适配器的UBS、TV等辅助电源,还可以用于驱动Luxeon Star LED。NCP101x系列转换开关的主要特点如下:

  ●内部700 V的MOSFET导通电阻RDS(on)为l1/22 Ω;
  ●电流模式固定频率工作(65 kHz/100 kHz/130kHz);
  ●在低峰值电流下跳越周期消除了声频噪声;

  ●动态自供电(DSS),无需偏置绕组;

  ●内部l ms的软启动;

  ●频率抖动改善了EMI性能;

  ●如果使用辅助绕阻,则停止DDS工作,待机功率低于100 mW;

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