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LED照明控制方案之选

时间:2019-03-21 作者:Andrew Fawcett, e络盟高级产品经理 阅读:
发光二极管 (LED) 凭借能效和紧凑型优势,现已成为一项领先技术,适用于许多需要高强度照明的应用。无论是汽车的内灯和外灯、厂房和车间的高顶棚金卤灯还是商店和家中的可编程灯具,LED 都是一个关键部件。
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发光二极管 (LED) 凭借能效和紧凑型优势,现已成为一项领先技术,适用于许多需要高强度照明的应用。无论是汽车的内灯和外灯、厂房和车间的高顶棚金卤灯还是商店和家中的可编程灯具,LED 都是一个关键部件。9IHEETC-电子工程专辑

在设计LED 驱动电路时,高能效是其中一个明确目标,但通常要同时考虑可控性。能耗和审美因素都很重要,灯具制造商和用户想要动态调谐光输出,以满足客户需求;家庭用户需要调光、三基色灯及色彩控制功能;许多工业和零售用户希望能够最大化利用环境光,使人工照明只需根据白天不同时段、车间不同场所的需求产生所需光照,从而降低耗电量。为此,灯具周边传感器将每分钟报告一次环境光情况,以便 LED 控制器可以调整输出进行补偿。9IHEETC-电子工程专辑

除了根据 LED 灯具的功能需求选取方案以外,还可根据应用要求选择电路拓扑结构,例如调光性、色彩控制、长期可靠性、上市时间以及成本。本文详细介绍了设计工程师可用的几种方案选择。9IHEETC-电子工程专辑

脉冲宽度调制(PWM) 技术vs电流恒定降低(CCR)技术

在选定用于控制 LED 光输出的电路拓扑结构时,就是选择基于脉冲宽度调制 (PWM) 还是电流恒定降低(CCR)技术的方案。若电路保持电压基本恒定,且根据亮度和色彩要求改变流通各 LED 的电流,这样的情况下两种技术方案均适用。在前一种情况下,电流以离散电荷包的方式流通;在后一种情况下,则以持续电荷流的方式流通。9IHEETC-电子工程专辑

PWM 方式的优势是亮度和色温需要单独控制。优化照明用 LED 的色温通常会随电流增加而变化。例如,某特定LED 型号在 300mA 情况下,以 2700K 色温发光,上升至600mA 时,以 3000K 色温发光。对于CCR 结构,亮度将在既定电流情况下的色温时达到最大。当快速开启和关闭 LED 时,PWM 控制可确保灯具以 3000K 发光,但是照明亮度会大幅发生变化。通常而言,由于PWM 频率极高,人眼不会感到任何闪烁。9IHEETC-电子工程专辑

采用 PWM 控制方式,光输出通常会随着脉宽占空比的变动呈线性变化。采用 CCR,光输出可能不会因电流的变化而完全呈线性变化。因此,对于那些需要将灯具调暗 50% 以下,同时保持预期色彩输出的应用场景来说,PWM 控制方式是更为理想的选择。也因此,RGB 灯具通常需要采用PWM 控制方式来确保实现预想的色光混合效果。9IHEETC-电子工程专辑

对于光输出需要最大化、调光控制相对次要的应用,CCR 则具有优势。电源可以将较高的整体电压传输至 CCR 灯具,即使是较长距离运行状态的LED 灯串。同时,它还具有电磁辐射较低的优势,支持在不允许PWM 电路干扰的环境中安装 LED 照明设备,例如医院手术室和治疗病房。9IHEETC-电子工程专辑

另一个 CCR 适用的应用是汽车照明,例如内灯和尾灯。使用线性电流源可让 LED 在正常运行条件下的光输出最大化,因此在前大灯组件中使用少量 LED 元件即可实现亮度最大化。然而,这种方式的最大化输出可能要以LED较长使用寿命作交换。流通LED的最大电流是影响其使用寿命的主要因素之一,因为这会提高设备的内部温度。尽管采用的是短脉冲,PWM 控制器通常以较大电流驱动 LED。而CCR将峰值和平均电流相匹配,可降低LED的压力,从而延长设备使用寿命。9IHEETC-电子工程专辑

设计师可采用多种方案去设计适用于 PWM 或 CCR 运行的LED 模块,或两者皆可用的高可配置性LED模块。比如:基于电源的离散设计,例如线性或 DC/DC 转换器与其他控制电路联用。还可并入其他设备,以提供保护功能,防止出现例如开路负载等情况,并提供其他诊断。离散设计方案可提供最大灵活度,但设计周期和测试周期较长。9IHEETC-电子工程专辑

业界有多种 LED 驱动器 IC 都具备这些内置功能,可大大简化电路板布线和系统设计。若更为注重上市时间和集成简便性,设计师还可使用集成了驱动器电子器件的现成子系统套件:他们只需选择并添加所选的 LED 即可。9IHEETC-电子工程专辑

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LED 驱动方案

对于更适用CCR 控制策略的应用来说,Infineon Technologies 的 LITIX Basic支持汽车应用,且具有诊断和保护功能。例如,通过 N-1 故障检测,设备可以向主微控制器报告 LED 串可能损害系统完整性的故障问题。在汽车尾灯中,如果一条灯串的故障就足以将亮度降低到不可接受的程度,需要禁用该灯并向驾驶员报告错误情况,这可以通过微控制器向仪表盘电子器件发送消息来执行。9IHEETC-电子工程专辑

LYTSwitch-6 LED 将 DC/DC 转换器和 LED 驱动功能集成在单一套件中。主要电源控制器基于准谐振反激式转换器结构,具有内置 650V 电源场效应管 (MOSFET)。向 LED 灯串提供电流的二级控制器包含磁耦合于主转换器的发射机电路,恒定电压和恒定电流控制电路。它支持恒定电压和恒定电流输出,能够灵活地支持多种 LED 配置。在恒定电流控制下,LYTswitch-6 适用于驱动不同长度的 LED 灯串,且灯串中的设备在单一电源供电下产生不同电压。在恒定电压模式下,设备适用于 PWM 模式,可支持调光至零输出及RGB 阵列色彩控制。9IHEETC-电子工程专辑

XP 的 DLG 系列电源元件为采用恒定电压或恒定电流技术的 LED 提供全套解决方案,适用于面向恶劣环境应用的系统。DLG 元件防水防尘,符合 IP67 标准,可浸入水下1米。直接由 AC 主电源供电,无需其他前端电源转换器。DLG 元件搭配外部 LED 灯串使用,为户外广告牌和信息牌等应用提供支持。9IHEETC-电子工程专辑

针对LED 需要并入固定器的应用场景,TE Connectivity 生产的 Lumawise Z50 可提供快速上市解决方案。Z50 将 DC/DC 转换器和 LED 驱动器电路一起并入固定器中,由 48V DC 电源供电,适合集成到灯光和追踪照明系统中,例如零售展示应用中通常所用的系统。9IHEETC-电子工程专辑

LED 的灵活性意味着设计师拥有许多电路设计和拓扑结构选择,然而,市场上还有许多其他可匹配所选设备性能、适用于目标应用的解决方案,且能够同时实现定制化设计及快速上市的目标。作为电子元器件与开发服务分销商,e络盟坚持为电子设计工程师提供最新技术,并为他们从早期设计和小批量制造直至大批量生产整个流程提供无缝支持,满足他们不断变化的需求。9IHEETC-电子工程专辑

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