LED 光源工作原理及關(guān)鍵技術(shù)介紹
LED 光源工作的主要參數(shù)是VF、IF，其它相關(guān)的是顏色/色溫/波長/亮度/發(fā)光角度/效率/功耗等。LED 是一個P-N 結(jié)二極管，只有施加足夠的正向電壓才能傳導(dǎo)電流，VF 正向電壓是為LED 發(fā)光建立一個正常的工作狀態(tài)，IF 正向電流是促使LED 發(fā)光，發(fā)光亮度與流過的電流成正比例。白光LED VF 標稱電壓：3.4V± 0.2V 。LED 光源在大批量生產(chǎn)時，每一批LED 的VF 具有一定的離散性，為了客戶使用時需要的一致性，LED 出廠時必需按不同的VF 分檔出售；客戶訂購時同一批燈具需用的LED 光源必需選用同一檔次VF 的或相鄰檔次的，否則會影響同一批生產(chǎn)的LED 燈具亮度有差異；LED IF 工作電流按應(yīng)用需要選用，不同的電流檔次不能混用。
LED光源驅(qū)動電路
LED 光源的驅(qū)動電路就是把12V 直流電壓變換成穩(wěn)定的恒流源，電路的設(shè)計本著刪繁就簡、節(jié)省成本的原則，應(yīng)該從能完成這個電路設(shè)計要求的眾多LED驅(qū)動芯片中選擇集成度高、性能較好、應(yīng)用電路簡單、價格較平的性價比有優(yōu)勢的芯片。因此選擇驅(qū)動電路周邊器件少的驅(qū)動芯片是生產(chǎn)成本的首要考量。
PT4115 用在1—6W 的白光LED 光源驅(qū)動方案時只需要四個零件（圖2），
圖2 PT4115LED 光源驅(qū)動電路
Cin 是輸入濾波電容，Rs 設(shè)定流過LED 的電流IF，Rs=0.1/ILED；L 是續(xù)流電感，D5 是續(xù)流二極管。因適配器已提供12V 的直流電壓，原圖為交流電壓輸入整流
用的橋式整流器D1-D4 可省略。雖然零件少了但對零件的要求高了，設(shè)計時要按表1 提示的要求選用，才能使電路進入良好的工作狀態(tài)。PT4115 的開關(guān)頻率采用抖頻技術(shù)有效降低EMI，省略了抗EMI 電路。
表1 關(guān)鍵元器件的選擇
LED 光源驅(qū)動芯片的恒流精度對于LED 燈具生產(chǎn)廠家而言是至關(guān)重要的，目前LED 光源驅(qū)動IC 的恒流精度批量生產(chǎn)時都會有一定的離散性，LED 燈具生產(chǎn)廠家在批量生產(chǎn)調(diào)試時，同樣的電源、同樣的LED 光源負載、同樣的恒流源電源板，因同一型號的不同驅(qū)動IC 其恒流精度的個性差異會導(dǎo)致恒流源電源板輸出電流產(chǎn)生一定的公差，會使同一LED 光源負載的發(fā)光亮度有所不同，這就會增加恒流源電源板大批量生產(chǎn)時在線調(diào)試的時間，影響生產(chǎn)力。因此，恒流源電源板生產(chǎn)廠家應(yīng)選用恒流精度高的驅(qū)動IC，恒流精度至少要小于±3%，如是±1%更理想，但其價格會高于±3%的產(chǎn)品。
幾點關(guān)鍵技術(shù)
1）電感的選擇
以3X1W的高亮度白光LED光源的設(shè)計案例而言，三個1W的LED光源串聯(lián)， 其工作電流可設(shè)計為300-350mA，L的電感量應(yīng)選用68uH—100uH，Q 值大于50，飽
和電流大于800mA 的磁路閉合電感器。PT4115 的設(shè)計最佳工作頻率在1MHz 以下，電感量大了小會影響其工作頻率，本方案的電感設(shè)計在68uH 以上，這樣系統(tǒng)工作頻率可以控制到1MHz 以下。電感量小了，工作頻率趨高，由于PT4115內(nèi)部電流檢測電路響應(yīng)速度限制，對內(nèi)部電流正常檢測出現(xiàn)影響，不能更好的實現(xiàn)對內(nèi)部開關(guān)的導(dǎo)通/關(guān)斷控制。另外由于高頻率會帶來較大的開關(guān)損耗，使芯片運行在較高的結(jié)溫下，電應(yīng)力加大，不利于穩(wěn)定工作。電感量太小還會導(dǎo)致PT4115的SW 端燒壞，而無輸出。
電感的DCR 越小，效率越高。建議選用EPC13 錳鋅4000 磁芯。電感器的飽和電流選小了，D5 肖特基二極管的電流選小了，將會導(dǎo)致整個電路的續(xù)流不足，LED 光源會產(chǎn)生人眼可見的閃光。將電感器的飽和電流和肖特基二極管的電流適當增大即可增大整個電路的續(xù)流電流，消除因此產(chǎn)生的閃光。
2）適配器（Adapter）的選擇
適配器（Adapter）為本方案LED 臺燈提供穩(wěn)定的交流電源->交直流降壓變換，它的實時帶載輸出能力將影響本方案LED 臺燈的性能，用于本方案3X1W 白光LED 臺燈的適配器，它在帶載時輸出電流應(yīng)大于1A，電壓應(yīng)穩(wěn)定在DC12V。有些帶載能力差的適配器，連接上本方案LED 光源負載時，其實時輸出電壓會跌落到7V，甚至6.5V，對于工作電壓從8V 開始的LED 驅(qū)動IC，屆時會進入欠壓保護狀態(tài)而停止工作，一旦驅(qū)動IC 停止工作，電壓又回升至12V，LED 驅(qū)動IC 再次進入工作狀態(tài)，如此周而復(fù)始，使LED 臺燈出現(xiàn)人眼可見的閃光。此時，只有更換帶載能力好的適配器才能使LED 臺燈正常工作。同時應(yīng)選用工作電壓范圍自6V 初始的LED 驅(qū)動IC，也可降低對適配器選擇要求，以降低生產(chǎn)配套成本。
3）關(guān)于EMI 的傳導(dǎo)與輻射
本LED 臺燈方案總體設(shè)計時要考慮能過EMI 的傳導(dǎo)與輻射，過EMI 的傳導(dǎo)與輻射的關(guān)鍵是電源變換器，因此要選用能過EMI，甚至能過CE、UL 的適配器來配套，以利生產(chǎn)的LED 臺燈能出口歐美日市場。恒流源電源板因使用的驅(qū)動IC是DC/DC 開關(guān)器件，工作時開關(guān)頻率會輻射，因此內(nèi)置在臺燈底座金屬殼內(nèi)可有效降低輻射，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)考慮金屬底座內(nèi)的磁路屏蔽。
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