LED 光源工作原理

2011-06-16 21:21:21来源: 互联网

LED 光源工作的主要参数是VF、IF,其它相关的是颜色/色温/波长/亮度/发
光角度/效率/功耗等。LED 是一个P-N 结二极管,只有施加足够的正向电压才能
传导电流,VF 正向电压是为LED 发光建立一个正常的工作状态,IF 正向电流是
促使LED 发光,发光亮度与流过的电流成正比例。白光LED VF 标称电压:3.4V
± 0.2V 。LED 光源在大批量生产时,每一批LED 的VF 具有一定的离散性,为
了客户使用时需要的一致性,LED 出厂时必需按不同的VF 分档出售;客户订购
时同一批灯具需用的LED 光源必需选用同一档次VF 的或相邻档次的,否则会影
响同一批生产的LED 灯具亮度有差异;LED IF 工作电流按应用需要选用,不同
的电流档次不能混用。

LED光源驱动电路
LED 光源的驱动电路就是把12V 直流电压变换成稳定的恒流源,电路的设
计本着删繁就简、节省成本的原则,应该从能完成这个电路设计要求的众多LED
驱动芯片中选择集成度高、性能较好、应用电路简单、价格较平的性价比有优势
的芯片。因此选择驱动电路周边器件少的驱动芯片是生产成本的首要考量。
PT4115 用在1—6W 的白光LED 光源驱动方案时只需要四个零件(图2),

图2 PT4115LED 光源驱动电路

Cin 是输入滤波电容,Rs 设定流过LED 的电流IF,Rs=0.1/ILED;L 是续流电感,
D5 是续流二极管。因适配器已提供12V 的直流电压,原图为交流电压输入整流
用的桥式整流器D1-D4 可省略。虽然零件少了但对零件的要求高了,设计时要按
表1 提示的要求选用,才能使电路进入良好的工作状态。PT4115 的开关频率采
用抖频技术有效降低EMI,省略了抗EMI 电路。

表1 关键元器件的选择
LED 光源驱动芯片的恒流精度对于LED 灯具生产厂家而言是至关重要的,
目前LED 光源驱动IC 的恒流精度批量生产时都会有一定的离散性,LED 灯具
生产厂家在批量生产调试时,同样的电源、同样的LED 光源负载、同样的恒流
源电源板,因同一型号的不同驱动IC 其恒流精度的个性差异会导致恒流源电源
板输出电流产生一定的公差,会使同一LED 光源负载的发光亮度有所不同,这
就会增加恒流源电源板大批量生产时在线调试的时间,影响生产力。因此,恒流
源电源板生产厂家应选用恒流精度高的驱动IC,恒流精度至少要小于±3%,如
是±1%更理想,但其价格会高于±3%的产品。

几点关键技术
1)电感的选择
以3X1W的高亮度白光LED光源的设计案例而言,三个1W的LED光源串联, 其
工作电流可设计为300-350mA,L的电感量应选用68uH—100uH,Q 值大于50,饱
和电流大于800mA 的磁路闭合电感器。
PT4115 的设计最佳工作频率在1MHz 以下,电感量大了小会影响其工作频
率,本方案的电感设计在68uH 以上,这样系统工作频率可以控制到1MHz 以下。
电感量小了,工作频率趋高,由于PT4115内部电流检测电路响应速度限制,对内
部电流正常检测出现影响,不能更好的实现对内部开关的导通/关断控制。另外
由于高频率会带来较大的开关损耗,使芯片运行在较高的结温下,电应力加大,
不利于稳定工作。电感量太小还会导致PT4115的SW 端烧坏,而无输出。

电感的DCR 越小,效率越高。建议选用EPC13 锰锌4000 磁芯。
电感器的饱和电流选小了,D5 肖特基二极管的电流选小了,将会导致整个
电路的续流不足,LED 光源会产生人眼可见的闪光。将电感器的饱和电流和肖特
基二极管的电流适当增大即可增大整个电路的续流电流,消除因此产生的闪光。
2)适配器(Adapter)的选择
适配器(Adapter)为本方案LED 台灯提供稳定的交流电源->交直流降压变
换,它的实时带载输出能力将影响本方案LED 台灯的性能,用于本方案3X1W 白
光LED 台灯的适配器,它在带载时输出电流应大于1A,电压应稳定在DC12V。有
些带载能力差的适配器,连接上本方案LED 光源负载时,其实时输出电压会跌落
到7V,甚至6.5V,对于工作电压从8V 开始的LED 驱动IC,届时会进入欠压保
护状态而停止工作,一旦驱动IC 停止工作,电压又回升至12V,LED 驱动IC 再
次进入工作状态,如此周而复始,使LED 台灯出现人眼可见的闪光。此时,只有
更换带载能力好的适配器才能使LED 台灯正常工作。同时应选用工作电压范围自
6V 初始的LED 驱动IC,也可降低对适配器选择要求,以降低生产配套成本。
3)关于EMI 的传导与辐射
本LED 台灯方案总体设计时要考虑能过EMI 的传导与辐射,过EMI 的传导与
辐射的关键是电源变换器,因此要选用能过EMI,甚至能过CE、UL 的适配器来
配套,以利生产的LED 台灯能出口欧美日市场。恒流源电源板因使用的驱动IC
是DC/DC 开关器件,工作时开关频率会辐射,因此内置在台灯底座金属壳内可
有效降低辐射,机械结构设计时应考虑金属底座内的磁路屏蔽。

关键字:LED  光源

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/0616/article_10134.html
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