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簡化LED設計的五大原則

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簡化LED設計的五大原則

發布日期:2017-11-29 作者:勤美1 點擊:

簡化LED設計的五大原則

  芯片發熱

  這主要針對內置電源調制器的高壓驅動芯片。假如芯片消耗的電流為2mA,300V的電壓加在芯片上面,芯片的功耗為0.6W,當然會引起芯片的發熱。驅動芯片的Z大電流來自于驅動功率MOS管的消耗,簡單的計算公式為I=cvf(考慮充電的電阻效益,實際I=2cvf,其中c為功率MOS管的cgs電容,v為功率管導通時的gate電壓,所以為了降低芯片的功耗,必須想辦法降低c、v和f.如果c、v和f不能改變,那么請想辦法將芯片的功耗分到芯片外的器件,注意不要引入額外的功耗。再簡單一點,就是考慮更好的散熱吧。

  功率管發熱

  關于這個問題,也見到過有人在論壇發過貼。功率管的功耗分成兩部分,開關損耗和導通損耗。要注意,大多數場合特別是LED市電驅動應用,開關損害要遠大于導通損耗。開關損耗與功率管的cgd和cgs以及芯片的驅動能力和工作頻率有關,所以要解決功率管的發熱可以從以下幾個方面解決:A、不能片面根據導通電阻大小來選擇MOS功率管,因為內阻越小,cgs和cgd電容越大。如1N60的cgs為250pF左右,2N60的cgs為350pF左右,5N60的cgs為1200pF左右,差別太大了,選擇功率管時,夠用就可以了。B、剩下的就是頻率和芯片驅動能力了,這里只談頻率的影響。頻率與導通損耗也成正比,所以功率管發熱時,首先要想想是不是頻率選擇的有點高。想辦法降低頻率吧!不過要注意,當頻率降低時,為了得到相同的負載能力,峰值電流必然要變大或者電感也變大,這都有可能導致電感進入飽和區域。如果電感飽和電流夠大,可以考慮將CCM(連續電流模式)改變成DCM(非連續電流模式),這樣就需要增加一個負載電容了。

  工作頻率降頻

  這個也是用戶在調試過程中比較常見的現象,降頻主要由兩個方面導致。輸入電壓和負載電壓的比例小、系統干擾大。對于前者,注意不要將負載電壓設置的太高,雖然負載電壓高,效率會高點。對于后者,可以嘗試以下幾個方面:a、將Z小電流設置的再小點;b、布線干凈點,特別是sense這個關鍵路徑;c、將電感選擇的小點或者選用閉合磁路的電感;d、加RC低通濾波吧,這個影響有點不好,C的一致性不好,偏差有點大,不過對于照明來說應該夠了。無論如何降頻沒有好處,只有壞處,所以一定要解決。

  電感或者變壓器的選擇

  終于談到重點了,我還沒有入門,只能瞎說點飽和的影響了。很多用戶反應,相同的驅動電路,用a生產的電感沒有問題,用b生產的電感電流就變小了。遇到這種情況,要看看電感電流波形。有的工程師沒有注意到這個現象,直接調節sense電阻或者工作頻率達到需要的電流,這樣做可能會嚴重影響LED的使用壽命。所以說,在設計前,合理的計算是必須的,如果理論計算的參數和調試參數差的有點遠,要考慮是否降頻和變壓器是否飽和。變壓器飽和時,L會變小,導致傳輸delay引起的峰值電流增量急劇上升,那么LED的峰值電流也跟著增加。在平均電流不變的前提下,只能看著光衰了。

  LED電流大小

  大家都知道LEDripple過大的話,LED壽命會受到影響,影響有多大,也沒見過哪個專家說過。以前問過LED廠這個數據,他們說30%以內都可以接受,不過后來沒有經過驗證。建議還是盡量控制小點。如果散熱解決的不好的話,LED一定要降額使用。也希望有專家能給個具體指標,要不然影響LED的推廣。

LED驅動電源常見難題

  為了節能省電,LED得到了很大的推行,但LED都需求有個電源驅動,其好壞會直接影響LED的壽數,因而如何做好一個LED驅動電源是LED電源描繪者的重中之重。本文分析了一些LED驅動電源的難題,期望能夠對工程師供給一點協助。

  1、驅動電路直接影響LED壽命

  咱們所說的LED驅動包括數碼驅動和類推驅動兩類,數碼驅動指數字電路驅動,包括數字調光操控,RGB全彩變幻等。類推驅動指類推電路驅動,包括AC恒流開關電源,DC恒流操控電路。驅動電路由電子元件組成,包括半導體元件,電阻,電容,電感等,這些元件都有運用壽數,任何一個器材失效都會致使整個電路的失效或許有些功用失效。 LED的運用壽數是5-10萬小時,按5萬小時算,接連點亮,有近6年的壽數。開關電源的壽數是很難到達6年的,市面上出售的開關電源質保期通常是2-3年,到達6年質保的電源是軍品級別的,價錢是通常電源的4-6倍,通常的燈具廠是很難承受的。所以LED燈具的毛病多為驅動電路毛病。

  2、散熱難題

  LED為冷光源,作業結溫不能超過限值,描繪時還要留必定余量。整個燈具的描繪要思考外形漂亮,裝置便利,配光,散熱等許多方面難題,要在許多要素中尋求平衡點,這樣全體的燈具才是Z棒的.LED燈具的開展時刻不長,能夠學習的經歷不多,許多描繪都是不斷完善的。有些LED燈具廠家所用電源為外協或許外購,燈具描繪師對電源知道不多,給LED的散熱空間較大,給電源的散熱空間較小。通常是描繪好燈具后再找適宜的電源來配套,這樣就給電源的配套帶來必定的難度。常常碰到因燈具內部空間較小或許內部溫度較高,并且本錢操控較低,無法配到適宜電源。有些LED燈具廠有電源研制才干,在開端描繪燈具前期進行評價,電源的描繪同步進行,就能處理以上難題。在描繪中要歸納思考LED的散熱和電源的散熱,全體操控燈具的溫升,這樣才干描繪出較好的燈具。

  3、電源描繪中的難題

  a,功率描繪。盡管LED光效高,可是還有80-85%的熱能損耗,致使燈具內部有20-30度的溫升,若是室溫25度狀況,燈具內部就有45-55度,電源長時刻在高溫環境下作業,要確保壽命就必須加大功率余量,通常留到1.5-2倍的余量。

  b,元件選型。燈具內部溫度45-55度狀況下,電源內部溫升還有20度左右,則元件鄰近的溫度要到達65-75度。有些元件在高溫狀況參數會飄移,還有些壽命會縮短,所以器材要挑選能在較高溫度長時刻運用的,特別注意電解電容和導線。

  C,電功能描繪。開關電源對準LED的參數描繪,主要是恒流參數,電流的巨細決議LED的亮度,若是批量電流差錯較大,則整批燈的亮度不均勻。并且溫度的改變也能致使電源輸出電流偏移。通常是批量差錯操控在+/-5%以內,才干確保燈的亮度共同.LED的正向壓降有誤差,電源描繪的恒流電壓規模要包括LED的電壓規模。多個LED串連運用時分,Z小壓降乘以串連數量為下限電壓,Z大壓降乘以串連數量為上限電壓,電源的恒流電壓規模要比這個規模稍寬些,通常上下限各留1-2V余量。

  d,PCB布板描繪.LED燈具留給電源的尺度較?。ǔ鞘请娫赐庵玫模?,所以在PCB描繪上需求較高,要思考的要素也多。安全間隔要留夠,需求輸入和輸出阻隔的電源,一次側電路和二次側電路需求耐壓1500-2000VAC,在PCB上至少要留夠3MM的間隔。若是是金屬外殼的燈具,則整個電源的布板還要思考高壓有些和外殼的安全間隔。若是沒有空間確保安全間隔狀況下就要運用其他辦法確保絕緣,比如在PCB上打孔,加絕緣紙,灌封絕緣膠等。別的布板還要思考熱量均衡,發熱元件要均勻分布,不能會集放置,防止部分溫度升高。電解電容遠離熱源,減緩老化,延伸運用壽數。

  e,認證難題。目前國內還沒有對準LED燈具的規范,國家相關部分正在研討制定,國內出售的燈具認證是參照照明燈具的規范,外銷的是做CE或UL等認證,還有些參照國外的LED燈具規范來做。所以對準這種狀況,開關電源的描繪要一起滿意以上的這些規范是比擬艱難的,咱們只能對準不一樣的需求滿意不一樣的認證。

  4、運用參數。

  外購電源在挑選上主要看恒流和恒流的電壓規模。恒流值挑選為LED的規范電流偏下。電壓規模的挑選要適中,盡量不要挑選較大規模,防止功率的糟蹋。

  LED驅動電源電路的3種保護方法

  1.保護LED電路中采用保險絲(管)

  由于保險絲是一次性的,且反應速度慢,效果差、使用麻煩,所以保險絲不適宜用于LED燈成品中,因為LED燈現在主要是在城市的光彩工程和亮化工程。它要求LED保護電路要很苛刻:在超出正常使用電流時能立即啟動保護,讓LED的供電通路就被斷開,使LED和電源都能得到保護,在整個燈正常后又能夠自動恢復供電,不影響LED工作。電路不能太復雜體積不能太大,成本還要低。所以采用保險絲的方式實現起來很困難。

  2.使用瞬態電壓抑制二極體(簡稱TVS)

  瞬態電壓抑制二極體是一種二極體形式的高效能保護器件。當它的兩極受到反向瞬態高能量沖擊時,能以10的負12次方秒極短時間的速度,使自己兩極間的高阻立即降低為低阻,吸收高達數千瓦的浪涌功率,把兩極間的電壓鉗位元在一個預定的電壓值,有效的保護了電子線路中的精密元器件。瞬態電壓抑制二極體具有回應時間快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差一致性好、鉗位元電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優點。

  但是在實際使用中發現要尋找滿足要求電壓值的TVS器件很不容易。 LED光珠的損壞主要是因為電流過大使芯片內部過熱造成的。 TVS只能探測過電壓不能探測過電流。要選擇合適的電壓保護點很難掌握,這種器件就無法生產也就很難在實際中使用。

  3.選擇自恢復保險絲

  自恢復保險絲又稱為高分子聚合物正溫度熱敏電阻PTC,是由聚合物與導電粒子等構成。在經過特殊加工后,導電粒子在聚合物中構成鏈狀導電通路。當正常工作電流通過(或元件處于正常環境溫度)時,PTC自恢復保險絲呈低阻狀態;當電路中有異常過電流通過(或環境溫度升高)時,大電流(或環境溫度升高)所產生的熱量使聚合物迅速膨脹,也就切斷了導電粒子所構成的導電通路,PTC自恢復保險絲呈高阻狀態;當電路中過電流(超溫狀態)消失后,聚合物冷卻LED驅動電源www.leadwayled.com,體積恢復正常,其中導電粒子又重新構成導電通路,PTC自恢復保險絲又呈初始的低阻狀態。在正常工作狀態自恢復保險管的發熱很小,在異常工作狀態它的發熱很高阻值就很大,也就限制了通過它的電流,從而起到了保護作用。在具體的電路中,可以選擇:

 ?、俜致繁Wo。一般LED燈是分成很多串接支路。我們可以在每個支路的前面加一支PTC元件分別進行保護。這種方式的好處是精確性高,保護的可靠性好。

 ?、诳傮w保護。在所有光珠的前面加接一支PTC元件,對整燈進行保護。這種方式的好處是簡單,不占體積。對于民用產品來說,這種保護在實際使用中的結果還是令人滿意的。


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