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1、1/6 虽然大功率LED现在还不能大规模取代传统的照明灯具，但它们在室内外装饰、特种照明方面有着越来越广泛的应用，因此掌握大功率LED恒流驱动器的设计技术，对于开拓大功率LED的新应用至关重要。LED按照功率和发光亮度可以划分为大功率LED、高亮度 LED及普通 LED。一般来说，大功率LED的功率至少在1W以上，目前比较常见的有1W、3W、5W、8W和 10W。已大批量应用的有1W和 3W LED，而 5W、8W和 10W LED的应用相对较少。预计大功率 LED灯会在 2018 年上海世博会上大量应用，因此电子和照明行业都非常关注LED照明新技术的发展应用。恒流驱动和提高LED的光学效率是
2、LED 应用设计的两个关键问题，本文首先介绍大功率LED的应用及其恒流驱动方案的选择指南，然后以美国国家半导体(NS的产品为例，重点讨论如何巧妙应用LED恒流驱动电路的采样电阻提高大功率LED的效率，并给出大功率LED驱动器设计与散热设计的注意事项。驱动芯片的选择LED驱动只占LED照明系统成本的很小部分，但它关系到整个系统性能的可靠性。目前，美国国家半导体公司的LED驱动方案主要定位在中高端LED照明和灯饰等市场。灯饰分为室内和室外两种，由于室内LED灯所应用的电源环境有AC/DC和 DC/DC转换器两种方式，所以驱动芯片的选择也要从这两方面考虑。1.AC/DC 转换器AC/DC分为 220
3、V交流输入和12V 交流输入。12V 交流电是酒店中广泛应用的卤素灯的电源，现有的 LED可以在保留现有交流12V的条件下进行设计。针对替代卤素灯的设计，美国国家半导体 LM2734的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流高达1A，恰好适合卤素灯灯口直2/6 径小的特点。取代卤素灯之后，LED灯一般做成1W或 3W。LED灯与卤素灯相比有两大优势：(1光源比较集中，1W照明所获得的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度，因此比较省电；(2 LED 灯的寿命比卤素灯长。LED灯的主要弱点是灯光的射角太窄，成本相对较高。但从长远来看，由于LED灯的寿命较长，所以还是具有非常大的成本优势。220V AC/DC
4、转换器(例如 LM5021 主要锁定舞台灯和路灯市场。2.DC/DC 转换器目前，LED手电筒占据了DC/DC转换器的绝大部分需求量。手电筒采用的LED功率基本上是 1W，供电方式包括锂电池和镍锌电池、碱性电池等。3W 手电筒的应用一直还存在一些难点，因为3W LED灯本身需要散热，散热装置的体积大，从而在一定程度上削弱了LED灯体积小的优势。此外，由于3W LED灯的电流高达700mA，一次充电后的电池使用时间缩短。尽管如此，对于上述应用国家半导体提供LM3475、LM2623A和 LM3485等方案。矿灯也是LED灯的主要应用领域之一，它属于特种照明行业，需要专业的认证标准，中国对 LED
5、在矿灯领域的应用一直都很重视。目前，LED设计行业存在对特种行业的需求认识不足的问题，设计中常采用一些不切实际的、新奇的设计方案。例如，将LED灯和电池一起嵌入头盔，却没有考虑到矿灯特殊使用环境的各种需求，这可能是造成LED在矿灯市场的应用一直没有打开局面的重要原因。对于矿灯LED应用，美国国家半导体提供了丰富的DC/DC稳压器产品，包括LM3485、LM3478和 LM5010。已经用户采用一颗1W的 LED灯，周围再放6 颗普通的高亮度LED灯，构成一种具有特殊闪烁功能的矿灯。文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z1
6、0 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6
7、 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文
8、档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9
9、Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3
10、S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N
11、6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5
12、F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N63/6 总而言之，LED灯在灯饰和特种照明行业有着广泛的发展前景，国家半导体为此提供完整的新型 LED驱动解决方案图 3：基于 LM2734的恒流驱动电路。高效的恒流驱动电路恒压供电的基本电路(图 1 左采用反馈电阻RFB1和 RFB2，当负载电流发生变化时，VFB也随之变化，DC/DC稳压器通过感知VFB的变化，使输出电压维持在一个固定的电平：V0=(VFB*(RFB1+R
13、FB2/RFB1(1 在图 1 右边电路中，DC/DC稳压器的FB是高阻输入端，流经LED的电流 IF 为：IF=VFB/RFB(2 为保持 IF 恒定，DC/DC稳压器感知VFB，然后调整LED正端电压，使流经LED的电流保持恒定。这就是利用DC/DC稳压器 FB反馈端实现恒压到恒流转换的原理。一般来说，DC/DC稳压器对VFB的变化有一个感知的范围，一旦LED选定，其工作电流IF的大小也就确定了，所选的电阻要保证VFB落在 DC/DC稳压器容许的范围内。以 VFB等于 1.25V 为例，假设IF 分别为 15mA、350mA和 700mA，采样电阻的功耗将分别小于 20mW、400mW 和
14、 800mW。对于 1W的 LED来说，采样电阻的功耗分别占到总电源消耗的2%、40%和 80%。因此，采样电阻的设计对提高LED的功效至关重要，它应该选取尽可能小的数值。文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S
15、5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T
16、2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8
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20、C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N64/6 由于直接将RFB连接 FB端会造成RFB的功耗过大，所以在FB端和 RFB之间放置一
21、个运算放大器，以放大RFB采集到的电压VTAP(图 2。IF=VTAP/RFB=(VFB/RFB*(1+RF/RI(3 通常，1W大功率 LED的典型工作电流为350mA，如果选择RFB等于 1 欧姆，则RFB的功耗为：PRFB=I2*R=0.352*1=0.12W(4 考虑运算放大器本身的功耗，RFB及其附属电路的功耗大约为1W LED功率的 12%。这样就能在确保LED获得恒流供电的同时，将RFB的功耗降低到可以接受的水平，从而使LED两端的电压尽可能大，流经的电流也尽可能大。国家半导体按照这个原理工作的稳压器有LM2736和 LM2734。图 4：从采样电阻直接获取反馈电压的设计。LM2
22、734是 1A降压型稳压器。基于LM2734的恒流驱动电路(图 3利用 LM321运算放大器获取采样电阻Rset 上的电压，结合其它电阻和电容就可以构成一个完整、高效率的大功率LED恒流驱动电路。在实际使用中，有些LED恒流驱动电路可以直接从采样电阻获取反馈电压，如图4 所示。图 3 中采样电阻Rset 决定了恒流驱动电路的设计，而且对整个系统的效率有重要影响，因此仔细设计Rset 对节省能源至关重要。图3 和图 4 的详细设计文件请向国家半导体当地授权分销商索取。一般来说，如果要求LED驱动电流的变化不超过标称值的5%至 10%，那么采用精度为2%的电阻就足够了。LED驱动电流的典型波动范围
23、是正负10%。由于采样电阻消耗的功率较大，应避免使用功率较小的贴片电阻。此外，LM3478方案适用于多个大功率LED的恒流驱动，而基于 LM5021的恒流驱动设计方案则针对220V AC/DC 转换器的应用。恒流驱动与散热的考虑文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T
24、2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8
25、R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO
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30、师在设计LED 恒流驱动电路时首先要了解LED的恒流参数。目前 LED芯片的制造商很多，国内外LED的差异主要在于相同电参数的情况下，流明数可能不同，因此设计工程师要清楚地认识到LED 功率并不是决定发光效率的唯一参数。例如，同样是 1W的 LED，有的 LED可以达到 40 流明的亮度，而有的只能达到20 流明的亮度，这是因为 LED光学效率还取决于材料和制作工艺等诸多环节。有些设计工程师为提高发光效率而采取加大驱动电流的办法，例如，对于同一颗1W LED，加大驱动电流后，亮度可以从20 流明提高到40 流明，但是LED的工作温度也相应升高了。一旦温度超过LED的限温点，就会影响LED的寿命
31、和可靠性，这是设计恒流驱动过程中需要注意的重要问题。此外，LED照明系统的光学效率不仅仅取决于LED恒流驱动方案，还与整个系统的散热设计密切相关。为缩小体积，某些LED恒流驱动系统将LED驱动电路与散热部分贴近设计，这样容易影响可靠性。一般来说，LED照明系统的热源基本就是LED灯本身的热源，热源太集中会产生热损耗，因此 LED驱动电路不能与散热系统紧贴在一起。建议采取下列散热措施：LED灯采用铝基板散热；功率器件均匀排布；尽可能避免将LED驱动电路与散热部分贴近设计；抑制封装至印刷电路基板的热阻抗；提高LED芯片的散热顺畅性以降低热阻抗。表 1：大功率LED在寿命上具有很大优势。新应用对驱动
32、器的要求大功率 LED被称为“绿色光源”，它将向大LED电流(300mA 至 1.4A、高效率(60 至 120 流明/瓦、亮度可调的方向发展。由于大功率LED在寿命上具有很大优势(表 1，所以发展前景非常广阔，其中最被看好的照明应用是汽车、医疗设备和仪器仪表及其它特种照明环境。但这些应用对LED驱动系统设计也提出了新的要求，包括：输入电压范围一般要求为6V到 24V；具有冲击负载保护、文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2
33、M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R
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37、8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:C
38、O5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 H
39、A2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N66/6 反相和过压保护；待机功耗非常低；低带隙基准以减少电流检测损耗以及具有PWM 调整亮度的功能等。针对这些需求，美国国家半导体公司提供了全系列LED驱动器设计方案(见表 2，可以为用户提供全面的LED驱动器解决方案。LED照明系统需要借助于恒流供电，目前主流的恒流驱动设计方案是利用线性或开关型DC/DC稳压器结合特定的反馈电路为LED提供恒流供电，根据DC/DC稳压器外围电路设计的差异，又可以分为电感型LED驱动器和开关电容型LED驱动器。电感型升压驱动器方案其优点
40、是驱动电流较高，LED的端电压较低、功耗较低、效率保持不变，特别适用于驱动多只 LED的应用。在大功率LED驱动器设计中，主要采用开关电容型LED驱动方案，其优点是 LED两端的电压较高、流过的电流较大，从而获得较高的功效及光学效率。先进的开关电容技术还能够提高效率，因而在大功率LED驱动中应用广泛。表 2：美国国家半导体的LED驱动器解决方案一览表。文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6
41、文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F9Z10 HA2T2M2P3S6 ZJ3C8R2P7N6文档编码:CO5S5J5F
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