开关模式电源设计方案概述

2015-02-11 21:44:57来源: 互联网 关键字:开关模式  电源设计
  对其他人来说,LED照明设备的设计需要关注的无非是使用寿命、外形、封装及产品颜色,但对于设计工程师来说,通常需要注意的事项却远不止这些。

  驱动开关模式下的多个高功率LED并实现均匀亮度、调光功能及功率因数补偿并不是一件简单的事情,然而对于专业的电源设计师来说,只需一天时间便可满足全部的设计要求。我们所说的“驱动LED”就是指“设计合适的电源”。但如果你不是专业的电源设计工程师,那么这个设计方案可以说是个不小的挑战。

  切勿望而生畏

  近年来,LED照明方案的需求旺盛。无论你的能力水平如何,你都可以获得大量可选择的电源设计方案。如果你的目标是设计整个照明设备,你还可以参考更多其他的设计方案,包括热管理及光学系统。本文将集中介绍电源设计。

  在进行电源设计之前,必须先解决电源负载的问题。为此,需要考虑以下几个因素:

  1.功率需求 — 你想要驱动多少个LED灯?是1W、3W还是5W的LED灯?每个串联线路上的LED灯是否是固定数量,还是需要根据输出电压范围调整电源供电?你期望的电源亮度如何?Cree公司提供一个优秀在线工具,可帮助工程师确定其应用设计所需LED灯的数量。

  2.连接方案 — 你是想采用串联、并联还是混联方式驱动LED灯?若需要使每一组的所有LED亮度保持一致,一般建议采用串联配置。但若输出电压有问题,则建议采用并联方式。

  3.正向电压(VF))— 不仅电路中各LED灯的VF 值不同,同时具备不同颜色及不同芯片技术的典型LED正向电压也不一样。

  4.特性 — 实现调光及功率因数补偿等特性均将增加设计的复杂度。通过改变LED的持续正向电流或进行脉宽调制(PMW)便可实现调光功能;而通过PWM输出,利用低成本微控制器便可实现最大限度的控制及灵活性,但必须与电源电路进行精确集成。至于功率因数补偿(PFC),若是由于尺寸或预算限制而无法实现传统PFC,那么你还有其他选择,例如安森美半导体公司就提供一套基于NCL3000临界导电模式控制器的单段式高功率因数LED驱动方案。

  5.拓扑结构 — 任何人都不希望成为有偏见的人,包括我自己,但由于我成长于半导体领域,不可避免地倾向于采用开关模式进行所有设计(我有一些要好的朋友则是线性设计师)。LED照明及开关模式电源的一个最大卖点就是高能效,那么为什么不就此设计电源呢?若决定采用LED照明及开关模式,那么你需要考虑以下几个问题:你的照明应用是采用直流还是离线式?如果采用离线式,是否需要进行隔离或通用输入?你希望LED灯组同步还是异步?每一个拓扑结构在实现你的应用需求时都有各自的优点和缺点。

  在开始电源设计之前,需要考虑的最后一个重要问题是确定自己的能力水平。专业的电源设计师即使从零开始进行电源设计都会觉得比较轻松,但我们当中真正算得上是电源设计师的人却寥寥无几。你可以根据自身的设计目标,分别参考以下三种方案:

  购买成品电源

  尽管采用他人设计的电源方案通常让人没有什么成就感,但它却是工程师构建LED照明的最简便方法。即使是这种情况,工程师也有一些极佳的选择。台湾明纬公司提供的离线式LED电源包装精美,适用于室内室外应用,同时具备调光、综合保护、PFC及通用交流输入等功能,用业内话来说就是“功能完整”的小家伙。若你还有其他功能需求,该公司还可提供更多基础的可选方案。

  修改成熟的参考设计

  如果你在电源设计方面没有经验,这对你可能是最好的方法,尤其当你受限于某个专有设计方案时。像德州仪器(TI)及意法半导体等半导体巨头公司都在其官网上公布了完整的参考设计方案,包括原始电路图、物料清单及应用笔记,有时候甚至还有Gerber文件。你可以通过查看TI、意法半导体及 凌力尔特等供应商的参考设计,从而获得可靠的资源开始产品设计。此外,请尽量保持谦谦君子的风度,也就是说,当你在修改某个供应商的参考设计时,你在设计、原型及生产制造整个设计流程中都应该购买该供应商的产品。

  孤注一掷

  如果你想从零开始设计自己的电源,那你就不会有任何阻碍,可能偶尔烦躁一下烧焦的指尖或是带着烟味的头发。重要的是,你必须清楚这里所谓的孤注一掷并不是说“独自一人”。生命太短暂了,一个人不可能在真空环境中独自完成设计。你需要找到一个聚集同行或专家的成员社区,例如e络盟社区,以便咨询问题及交换意见。

  若采用参考设计进行产品研发,你最好先研究一下提供该参考设计的供应商。正如上文提到的Cree公司,它可提供一些有用的设计指南;德州仪器则提供模块图及在线PowerLab™ 参考设计数据库;而凌力尔特则在其官网上为设计师提供各类应用与设计笔记以及参考电路。此外,意法半导体 、NXP及安森美半导体也都提供类似资源以帮助设计师进行LED电源设计。

  更为幸运的是,你还可获取一些优秀的经济型图形捕捉及布局软件用于电源设计。而当你做好一切准备工作并开始构建方案时,你还可轻松获得价格实惠的PCB 设计服务,保证快速报价及需求响应。

  对于专业工程师及类似的创客们来说,孤注一掷是最具趣味的一种方案。你可以获取全球的丰富资源,并使用价格实惠的电路设计软件及一流的原型设备,这是有史以来可使你自己化身ODM的最佳时机。所以,让LED永不熄灭吧!

关键字:开关模式  电源设计

编辑:探路者 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/LED/2015/0211/article_11746.html
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现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

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