高性能LED路灯驱动器设计方案.docx

PAGE 1 PAGE 1 高性能LED路灯驱动器设计方案 摘要：在阐述LED 路灯应用需求的同时， 提出了一个为100个高功率LED供电的可行性驱动器解决方案。该解决方案采纳模块化结构， 可为设计者供应很大的敏捷性， 而且拥有较宽的输入电压范围， 能够满意各种设计的需要。  0 引言  手电筒、MR - 16灯泡的升级换代、应急灯以及几乎任何低功率白光照明应用都已经在采纳LED技术。  接下来路灯可能是LED 技术大规模应用的下一个领域。与手电筒和低功率应用实例相比， LED路灯应用也意味着更大的挑战。  1 设计要求  LED路灯照明不会一蹴而就， 由于尚有重大的技术难题需要攻克。除了个别状况（如太阳能电池）， 路灯的输入采纳沟通电源（通常被称作“离线” ） , 大多是120 V或230 V 沟通电。就荧光灯灯管和高压放电灯而言， 它们可选的离线运行镇流器范围较广。但由于发光元件的数目很少， 这种电路很简洁。很少有荧光灯有四条以上的灯管， 而高压放电灯采纳的元件至少超过一个。然而LED 则大不相同， 即使包括“大功率” LED在内， 大多数的功率只有0. 5W ~ 5W。尽管有一些例外的状况， 但对于路灯来说， 通常都需要采纳100个或更多1W 的LED 才能发出其所需的数千流明的光。  LED 是电流驱动器件， 以350 mA 驱动的1W 白光LED通常具有3. 0 V ~ 4. 0 V 的正向电压VF。LED是动态电阻特别小的PN结二极管。给二极管施加超过VF三倍的电压会导致电流量不受掌握。假如将LED 直接连接到离线沟通电压， 它会发出很亮的光然后很快失效。“驱动器”这个术语， 被用来形容将离线电压转换为受控直流电流的功率调整电路。手电筒在被用坏之前很可能早已丢失。而路灯的应用需求明显与之不同， 因此， 长期的牢靠性和产品使用寿命是路灯的主要考虑因素。LED 已被宣扬为持续时间长的商业光源， 但假如灯可以持续使用数万小时，则与之匹配的驱动器也必需能够坚持使用相同长的时间。这意味着要更加留心电力驱动器的各个方面，包括从系统架构到每个电路元件的选择。  2 直流总线电压  驱动100个LED 的方法之一是采纳单个串联链，如图1所示。这可以确保经过每个LED 的电流相同。  此外由于光线输出与电流成正比， 所以这是保证每个器件发出相同光输出的方法。然而问题在于直流电压很简单达到400 V。这样高的电压可能是致命的， 而且还需要较大且昂贵的元件。   图1 全部100个LED串联  驱动100个LED 的另一种方法是采纳较低的直流电压。众所周知， 成本高的拓扑（如逆向转换器）可以构成良好的AC - DC 级（ 通常称作？？ 离线转换器 ）， 由于它们可以将步降功能与电流隔离和功率因数校正PFC 组合起来。直流总线电压通常为60 V 或低于60 V, 这一方面是由于在电信应用中要48 V, 另一方面也是由于平安条例的规定（例如IEC 对平安超低电压的定义）。48 V 配电电压比数字电路的规律电压高， 比整流的离线电压低， 所以它通常被称作中间直流总线。  3 DC- DC LED驱动器的拓扑  （ 1）当V IN Vo时采纳降压， 输出电容器为可选件， 见图2（ a） ;（ 2）当V IN Vo时采纳升压， 输出电容器为必需件， 见图2（ b） ;（ 3）当V IN 和V o重叠时采纳降升压， 有很多拓扑， 见图2（ c）。   图2 非隔离转换器的三种主要类型  DC- DC 转换器是LED 电源的自然选择。LED需要直流电流， 因此电压输出也为直流。由于前已考虑了整流、PFC 和隔离的因素， 采纳中间直流总线可以使设计师使用节省经济的非隔离DC- DC 转换器。非隔离转换器分为三种主要类型： 步压或降压、步升或升压以及步升/步降或降升压。图2中描绘了这三种类型。在这些拓扑中， 降压稳压器目前适合驱动LED, 缘由如下： 首先， 降压电感在输出端， 这意味着LED电流和电感电流的平均值相同； 而且， 输出电流始终被电感明确掌握； 其次， 步降电压是功率转换的效形式， 这使降压器在全部开关转换器中功率效率； 第三， 降压器是经济的开关转换器， 由于的电流在输出端， 的电压在输入端。由此， 在由功率MOSFET和二极管构成的开关转化器上， 这些功率转换器件所获得电流和电压就。这就意味着可以广泛地选择电源开关、无源元件和掌握IC, 从而构成经济的解决方案。  4 排列LED和选取驱动器IC  针对该示例中的设计， 将使用100 个1 W 的LED。选择48 V 的中间