LED光源驱动设计及周边器件的选择pdf

2024-05-16 05:51:23 | 作者：BOB体育地址

　　LED光源驱动设计及周边器件的选择 f2j顶}1骄动电流值 l驱动Ic的选择 预计驱动电流是选择驱动Ic的重要条件之一， LED在醢用中需墨选择正真适合的驰动Ic．这也是往选择时夏给If颅阿一定的余蜒特别是内置 M0s}ET 设计LED驱动线路的第步，占先应确定以下几个 IC，J般选择枉是大马f_动的约70％结台驱 参数需要驱动LED的数量；颤}1驱动电流值，允许动压蔗电流、效率．计算出lc最大功牦．查表找到即 的供电电胝范围；其它特殊嚣求 将使Hj的Ic封装n』姒承受的热址多余的功耗就要 (¨需要驱动LED的数齄 按需要骄动的LED数量定义串并接方式，吲其 LED # V．值问题．在小功率20mA以下要求不是很高 的情M下片联是nr以接受的，不建泌九于100n^ 构LED并联设计。串接LEDV，值总和足选择Ic需 r～j i～．_毫 1．1【．11l 再驱动的负载电膻，负鼓rich．．应是在定的范阿中 TlIt．十l} 主曼是应对LED小同的v，值带来的负载电雎小同 }1．_}干： 在选择爿·联方式时，要按用I设计为主。鲅路斋 曲 要串接}U阻时，最女r将电阻变为若f‘个小阻值的电阻 r¨ 斗 串接在LED中JⅥ。在中可线路同电位处多短接几 ¨ 曲 状，会起到平衡每路电流的怍卅．必减少LEDV。值 麟 I．f●rlI．[I_． I．f}l『．【-_二孓卦一 的影响。 圈I LED的隹接 201 0f±目8∞LED驱动与《∞《**征et女《89 ]“o嚣挈嚣：冀毫。。 靠r{已谩Lf敞热器完成，详见后文的PCB醴}部分范陆l内．电感值对频率的影响。从剖2r】f以开m，输^ 的讨论 电胜对频率的影响很大，电感值在输入低电压时埘降 驱动芯片的结温最高应限静l在I25℃眦内是正 低频牢有很大影l嘲 常1：作的条件．m同时也限制了职功芯片的功率消 i4 耗，汁箅最大允许耗散功率公式如公式(1)，并保持实 ∥‘·． 际损耗小r或等于Po。。 ‘ 1女 hc一鼍} m， ‘、 其中．。r，最高环境和温度㈧R是热阻， g- +·． 通常J_f『内置MOSFET牢；*件是增强型散热封装， nm 与普通的封装相比底部有个散热器，谖封装Rm、在很 目2电摩量与频宰的美乐曲线 大程度f取决于PCB布局与散热片连接热警必m焊接 Im…I5m11 ＆：…I，uI…】ulI 刮PCBI：的模拟地。运用下面的散热在与PCB合理 圈2是不同电感值下的频率响应。陶3说明r斗 的布局，进}lj鲋嘴加导热速度和址够的散热m谛{ 电感减小时，枉输人电压的变化范『q内，负载电流的 (3)允许的供电ln雎范围 尘化明屁增人。 般lc只能适应定的电压}匣同，在定的咀 i“ K范匍变化时会影响刮LED负载电流，是H前LED iⅫ 驱动Ic设I』常见的问题，以后迁有侍技术慢慢提高。 ilij设计人员要避免，输^电压垭时间内变化^^，线 路实在是不能避免的，要有条件地接受负拽坐化范围 ⅫP——，}L_…—— 输入电压结合输出LED驱动电压伉，确定驱动 ¨，：’—— 线路是陴JK、升降H迁是升抹驰动方式。世仔细r解 ∞ ∞ m 1∞ Ic是否芷}}E述T作方式，要注意化规格书及宣传 ‰m 资料以免误导。 nH。】5ntE ＆：…47fi·h$1：E (4)冀它特别的条件 ∞0一 特别的条件一般指T作嫂牢、【作频半PFC、封装 图4给出r频率根据小同的输出电旭和不同的 等问题，T作嫂率是有条什的，规格书一般指最好的 电感值的变化曲线。 情况下，而设}f受条件限制不一定有这么高丁作频 率会不会干扰其它设备等特殊问题： 2电感选择 在设计LED恒流源日J为保持严格的滞环电i；：c控 制．屯感必须充足大，保址在HO／ON期间．能向负载 Ⅻ№ⅫⅫmⅫ№Ⅻ№Ⅻ№ ” 4 ” ” 供应能量．避免负载电流艟旨下降，导致平均电漉跌 。：。 低于期望值， 目4TR输目电E和T司电盛值的变“自线mH &～o…m】“f 首先，观察电感的影响，似设没有输出电存fC…J 的存在，这样负载电流和电感电流完全一致，能更清 l胡5’说明r电感减小时．侄输出电压的变化范 楚地说明电感的影口自，蚓2给mr仵输^电挑的变化 嘲内，负载电流的波动明艟增太． 90 2010《±i目明LED骣自i％∞{^mⅪ台芘女女 r‘t }l。18I／ori、“tl。(in4lil“”I 空可P分珍贵的情配下也要保让30q,的预留翎词余 量，选样rⅡ以有数地减小内阻，喊小拉热址；”r在应用 中采用一颗柑对较大体秘的电感器获得3％一4％的敞 一#拦州． 为了获得蛀佳时效率臆选埘馘氧体篮，苎电感 蛳mⅢmⅢ措珥m埘搿瑙 器应选择一个能够在不引起饱和的情M下处理必须的 ” ” 。 ” 盎M 峰值电流的电感器．确保泼电感铜线低的DCR(铜线输出电Ⅱ与负载电流的变化自线R功耗fn感锕线UH ～_j InH n 5 niM 高温漆包线金罔sm降能空差，使得电感量发生严重 I¨)的驱动电路会产牛人耳听得见的噪声(M·dlhle 蛮化，曼ff细r解供』i商产品温崖忍耐限度要求 J通常白光LED驱功 、m悒或者Microphonic、Jl川e 电感的选样影响到稳定状态的Jj作．以坎暂志行 器都属于升盖电源器件(Buck B(mⅫChargePump为和环路稳定性这衅罔索使得E在功率调A器设计 孳)其开关频率约都为IxclIlz，田此扯驱动器的典中成为最币要的目l成部分。有十前芟的电感规格 到应州巾是坼会产毕』、耳听得址的噪声阻是当驱动 』n感值饱和电流和直流In【I【H每虑jn感值是小小 器进行开兕胡甘的时候，如粜PⅥM信号的师1率正好 够选择一个电感器，町处弹的必耍峰值电流不饱和， 港往20011z刮20kHz之间，r]光LED驱动器周荆 2)： 根据半数的峰峰值纹波JU流给．I幢j』{I=f 的电感和输出电容就会产生人耳听得见的噪奇闻 此，醴计时要避开使用低』。20kHz的低霸暇 个低频的玎工信号作川于阵通帅绕线电感 电感值都日前偏差枉：20％容限，。1电感器电流 (w-rrwm Coil)会使得电感中的线圈之间互相接近饱和水旷，且电感琏町咀减少20％一35qc，从0IU cling 产，f机械振动，诲机械振动的顿半LF好藩花l：述频流开始取决f‘如何定义电感饱和电流，使川一个较小 率，电感发出的噪音机能够被人耳听魁电感产牛r ～帮分嘴声，月一部分来自输蛳“存质鞋水女r绕制 r辟到写；!前，母t，f芡尉崩结求在州恬转换器T作 橙散电感器件也会打噪J“；末驿蔽的电感在金属外 电感器维持攮大输…时，Ⅲ输^电肌波动大，敛年会降 先安装日f会发生线路震荡领乖改变，儿而产牛噪 低大电感位提供巫多的输出电流和高转换效率 声，这时需要将电感屏蔽：另外，当被砰蔽f扰信号的 3 EMC电感的选择 波K正好与金属机壳的某个ft寸接近的时候金属机 壳银栉易会变成个犬l☆振腔，即n避波会在金属机 EMC电感丌1杠输^和输Ⅲ过滤措uf“川来撼少 壳内柬川反射，并会产牛互柑迭加 传导F扰．Hjf低丁EMC^F准的限制设计所彳J的电 选样电感量大小住参考世Ll范m止l，最多的足 感器都需嚣铁粉磁芯析1F饿氧体在E饱和前，可以 您韵经验ffl，音适的选掸量王要需要仔细考虑的条什是线 处理史』=电流，需譬依据负戴选择正真适合的电*L曲 路r作杠合适的频卒范荆合适的”蔓龆【牢减少 制作撼渡IU感，选Ⅲ何种磁，g材料陈r必须玎 苣防止磁芯饱],llliil题外还必新考虑刮磁芯纳恒磁导 MOSFEI开咒次数，减少MOSFET筮热量避免与删 PCB线路同频干扰，选样合适的【U譬内阻，内阻胜电 特性lmfj此醴计人员，庄征H注患电感世的指标，选 感发热的≠要的冈索．从而提岛线路被半，选择正真适合 样磁导率高的材料，以减少线蝌的陌数，l而埘丁电感 ∞电流值，有时体积和成本是制约主墼吲数n是还 额定电流比较大时，电感世足7}蹴少，减少到什么程度． 足要太于峰值电流的2倍(通常在65％)，就算在板绒会不会达到饱删，考虑较少，遗足需要注意避免的。 2010E{国霹羁LED躯∞j％∞＆$口讨=诧R女91 —]。80 t”ireⅢ L8Ibe。1)[4)r4i、e4r 南f。铁粉芯具有饱和磁通密度高．恒磁导特性 ．搿f 好，价格实惠公道的特点，斟而得到r大范围的应用。 嚣 4输出电容的选择 幽 输出n¨司时使川输出电容以达到}{标频率和电 固 流的精确控制。电容能在艇个输^电压范同内臧小顿 半．卟小的47的电容就能显著减小频率。电流 的捌整也能喇为电容值的增加而得到一定的改善。从图6可 i．；：《：1。…“ 。一 以很容易看到，刚7存在一个拐电，再增加电容值，对 目s电黯电流和负载电流波形 操作颇率和输出电流的调整影响不大。 应用设计在输出端I采州低ESR(等效串联电 阻)陶瓷电容器．以最大限度地减小输出波纹，采用 X5R或X7R型材料电介质，这是与其它电介质相比， 这些材料能在较宽的电压和温度范围内维持其容量 爪变。对于大多数高的电流设计，采用一个47～lOaF 输出电容就已足够。具有较低输出电流的转换器H需 要采用_一个1—2 2p．F的输出电容器。 5输入电容器的选择 围6精Ⅲ电窖的参数与电路I作特性的差§∞线 一般在驱动Ic输^设置一颗电容(如阿9所小)， 枷 主要是解决线路开关频率对供电部分的EMI问题。 有时大家误认为是电源滤波而设置．事实并作这样。 冈萁整流_极管普遍的使用，价格变得很低廉而稳 定，集成到IC内部没有成本优势，所以九多将整流滤 1∞ 1∞ 一 漩部分不了性体考虑。 ∞ O—r—’r—-一 0 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ c■-■‘●槲岍 目7输出电窖参数与频率的关K自＆ 增加输出电容(c。。)+从本质上来说，是增加了输 图，输^电g的《接 出级所能储存的能量．也就从另一方面代表着能供应电流的时间 加长了。州此，通过减慢负载的di／dt瞬变，频率显著 如果采Hj电解电容提供了附加的旁路或输^电 减小。有了输出电容(c㈨)之后，电感的电流将不再和 源阻抗很低，则采用一颗较小的价格低的Y5V电容 负载上看到的电流保持一致。电感电流仍将是完整三 器也会有很好的救果。一般恒流器件会有非常快的上 角彤的形状，负载电流有相同的趋势．只不过所右尖 升和下降时问的脉冲从输^电源吸收电流。输人电容 锐的拐角都变得圆滑+所有的峰值均明显减小．如阿 器减小输^端的合成电压纹渡，并强制该开关电流进 8所示， 人一个严密的本机环路，从而最大限度地减低EMI 92 201042口月％LED《日j《§＆m日讨言论R集 LE号ED驱ca)Jl!,盈i-DriverLED I 输入电容在开关频率条件下一定要有低阻抗，高效地 开关频率要与芯片工作吻合，为最佳效率高速整 完成这项工作，而且，它一定要有一个足够的额定纹 流。确保该二极管的平均和峰值电流额定值超过了平 波电流。通常纹波电流不会大于负载电流的1／2倍。 均输出电流和峰值电感电流。此外，二极管的反向击 陶瓷电容器小尺寸和低阻抗(低的等效串联电阻 穿电压必须高于LED开路保护电压。 或ESR)特征而成为优选方案。低的ESR产生了非常 经常能够正常的使用的二极管是： 低的电压纹波，与数值相同的其它电容器类型相比， (1)IN58171A20V 1A40V 陶瓷电容器可处理更大的波纹电流。应选用X5R (2)IN5819 1A60V 或X7R型介质陶瓷电容器。能选用参考值多于113 (3)CMSHl—60M 容值的电解电容器代替，但是体积和寿命等因素并不 (4)CMSHl—100M1A100V 1．5A200V 是很合适与LED匹配。钽电容会因浪涌电流过大易 (5)BYV26A 1．5A400V 发生故障，也不建议在此使用。 (6)BYV26B (7)BYV26C1．5A600V 6肖特基二极管的选择 (8)BYV26D1．5A800V 2A20V 通常开关转换型LED恒流驱动IC在MOSFET(9)B220 管关断期间传到电流，所选择二极管反向耐压要针对 (10)B2402A40V 2A100V 线路最高输出电压脉冲值来确定，要大于这个值。二 (11)B2100 3A20V 极管的正向电流不必与开关电流限值相等。流经二极 (12)B320 管的平均电流是I，是开关占空比的一个函数，因此应 (13)UPS3403A40V 3A40V 选择一个正向电流IF=Ix(1一D)的二极管。通常二极管(14)SBM430 在功率开关断开时传到电流占空比通常小于50％，选 (15)8ETU048A400V 择电流值与驱动电流相等即可。若需要采用PWM 7 LED恒流驱动器件MOSFET的选择 调节灰度，则需要仔细考虑PWM低电平期间来自输出的 二极管泄漏(尤其在热点上)，这一点很重要。 开关恒流转换器中的输出二极管在开关管关断 通电阻小，应用比较广泛，也符合LED驱动设计的基本要求。 期间流过电流，二极管要承受反向电压等于稳压器输 所以开关电源和LED恒流驱动的应用中，一般都用 出电压。正常的工作电流等于负载电流，峰值电流等 于电感峰值电流。计算公式如公式(3)所示： 晶体管是用栅极电压来控制漏极电流的，因此它的 Ia=IL业磐 (3) l—U4 一个显著特点是驱动电路简单，驱动功耗小。其第二 二极管消耗功率可利用公式(4)计算： 个显著特点是开关速度快，工作频率高，功率 Pd=I“一×Vd (4) MOSFET的工作频率在下降时间主要由输入回路时 保持较短的二极管引线长度并遵循正确的开关 间常数决定。 节点布局，以免振铃过大和功耗增大。耐压不是越高 MOSFET管的三个管脚之间有寄生电容存在，是 越好，而是要合适，高耐压肖特基二极管V，值也会高 由于制造工艺限制产生的。寄生电容的存在使得在设 些，功耗会大，性价比差。相对耐压大电流的型号V， 计或选择驱动电路的时候要麻烦一些，但没有办法避 值会低些，成本也会稍有增加，没有成本压力可以考 免。MOSFET漏极和源极之间有一个寄生二极管。这 虑。V，值是开关恒流主要的功耗之一。 个叫体二极管，在驱动感性负载，这个二极管很重要。 20l O年全国照明LED驱动与电源技术研讨会论文集93 —]皿D徽憨Ⅲ。 体二极管只在单个的MOSFET管中存在，在集成电 路芯片内部通常是没有的。 Dri，e MOSFET管是电压驱动器件，基本不需要激励级 获取能量，但是功率MOSFET和双极型晶体管不同， 它的栅极电容比较大，在导通之前要先对该电容充 图11电阻Ik上并联一只电阻 电，当电容电压超过阈值电压(V岱删)时MOSFET才 开始导通。因此，栅极驱动器的负载能力必须充足大， 放，此时阻值要尽量小。通常为了能够更好的保证快速泄放，在 以保证在系统要求的时间内完成对等效栅极电容 Rg上可以并联一个二极管如图11所示。当泄放电阻 (CEI)的充电。 过小，由于走线电感的原因也会引起谐振(因此有些 MOSFET的开关速度和其输入电容的充放电有很 应用中也会在这个二极管上串一个小电阻)，但是由 大关系。使用者虽然无法降低c洒的值，但能够更好的降低栅 于二极管的反向电流不导通，此时Rg又参与反向谐 极驱动回路信号源内阻凡的值，从而减小栅极回路的 振回路，因此能抑制反向谐振的尖峰。这个二极管 充放电时间常数，加快开关速度。一般IC驱动要 通常使用高频小信号管1N4148． 体现在这里，选择MOSFET是指外置MOSFET驱动恒 流IC．内置MOSFET的IC不用考虑，一般大于1A电 PMOSFET，导通后都有导通电阻存在，这样电流就会 流会考虑外置MOSFET．为了获得到更大、更灵活的LED 在这个电阻上消耗能量，这部分消耗的能量叫做导通 功率能力，外置MOSFET是唯一的选择方式，IC需要 损耗。选择导通电阻小的MOSFET会减小导通损耗。 合适的驱动能力，MOSFET输入电容是关键的参数。 现在的小功率MOSFET导通电阻一般在几十毫欧左 右，几毫欧的也有。 图10中Cgd和Cgs是MOSFET等效结电容。 崛 MOSFET导通和截止的时候，一定不是在瞬间完 成的。MOSFET两端的电压有一个下降的过程，流过 的电流有一个上升的过程，在最近一段时间内，MOSFET 管的损耗是电压和电流的乘积，叫做开关损耗。通常 开关损耗比导通损耗大得多，而且开关频率越快，损 -=F 失也越大。在LED恒流源设计中要注意频率的选择， 图10MOSFET管的有关分布电容 降低损耗但也要兼顾杂声的出现。 一般IC的PWMOUT输出内部集成了限流电 导通瞬间电压和电流的乘积很大，造成的损耗也 阻，具体数值大小同IC的峰值驱动输出能力有关，可 就很大。缩短开关时间，能减小每次导通时的损耗； 降低开关频率，能减小单位时间内的开关次数。这 以近似认为R=V胡础．一般结合IC驱动能力Rg选择 在10—20fl左右。 两种办法都能减小开关损耗。 一般的应用中IC的驱动可以直接驱动 输出的要求：因为MOSFET一般都连接着感性 MOSFET，但是考虑到通常驱动走线不是直线，电感 电路，会产生比较强的反向冲击电流。另外，一个需要 量可能会更大，并且为避免外部干扰，还是要使用 注意的问题是对瞬间短路电流的承担接受的能力，对于高频 Rg驱动电阻进行抑制。考虑到走线分布电容的影响， SMPS尤其如此。瞬间短路电流的产生通常是由于驱 这个电阻要尽量靠近MOSFET的栅极。 动电平脉冲的上升或下降过程太长，或者传输延时过 以上讨论的是MOSFETON状态时电阻的选择， 大，瞬间短路电流会显着降低电源的效率，是MOSFET 在MOSFETOFF状态时为了能够更好的保证栅极电荷快速泻 发热的原因之一。 94 2010年全国照明LED驱动与电源技术研讨会论文集 LEDDn、 C 估算结区温度：一般来说，即使源极／漏极电压超 而高端驱动的MOSFET管导通时源极电压与漏极电 过绝对的最大额定值，功率MOSFET也很少发生击 穿。功率MOSFET的击穿电压(BVDSS)具备正向的温 度系数。因此，温度越高，击穿器件所需的电压越高。 时要选择合适。合适的门电压会使得导通时间快， 在许多情况下，功率MOSFET工作时的环境和温度超过导通电阻小。目前市场上也有低电压驱动MOSFET， 25％，其结区温度会因能量耗散而升至高于环境和温度。 但耐压都较低，可以再一次进行选择用在串接要求不是很高的 当击穿真正发生时，漏极电流会大得多，而击穿 场合。 电压甚至比实际值还要高。在实际应用中，真正的击 推荐常用LED驱动MOSFET： 穿电压会是额定低电流击穿电压值的1．3倍。 (1)VN220440V8A 50V1．2A 尽管非正常的过压尖峰不会导致器件击穿，但为 (2)VN3205 了确保器件的可靠性，功率MOSFET的结区温度应 (3)IRFL01460V2．7A 500V8A 当小于规定的最大结区温度。器件的稳态结区温度如 (4)IRF840 公式(5)表达： (5)2N60600V2A 600V4A T—u)-P一∞xR—oc)+T-(o (5) (6)2N60 其中，T—m为结区温度；T-fq为管壳温度；P一(D)为结(7)ZSK2545600V6A 500V20A 区能耗；R—cIc)为稳态下结区至管壳的热阻。 (8)IRFB20N50K 但是在很多应用中，功率MOSFET中的能量是 8 PCB布线设计指南 以脉冲方式耗散，而不是直流方式。当功率脉冲施加 于器件上时，结区温度峰值会随峰值功率和脉冲宽度 细致的PCB布线对获得低开关损耗和稳定能力的 而变化。在某指定时刻的热阻叫做瞬态热阻，并由公 工作状态至关重要，应尽可能的使用多层板以便更好 式(6)表达： 地抑制噪声干扰。大电流地回路、输入旁路电容地线 Z-tIc}=r(tvxR锄 (6) 和输出电容地线采用单点连接(即星形接地方式)，进 其中，r提与热容量相关，随时间变化的因子。对 一步降低接地噪声。正常工作状态下一般有两个大电 于很窄的脉冲，r㈨非常小；但对于很宽的脉冲，r(1)接 近1，而瞬态热阻接近稳态热阻。 有时输入电压并不是一个固定值，它会跟着时间 LED_续流二极管。为降低噪声干扰，每个回路的 或者其它因素而变动。这个变动导致PWM电路提供 面积应尽可能小。 给MOSFET管的驱动电压是不稳定的。为了让MOSFET当散热条件超出所选用IC封装允许的范同时， 要设计外加散热器。超出的热量不多，可以在设计 管在高栅极电压下安全，很多MOSFET管内置了稳 压管强行限制栅极电压的幅值。在这种情况下，当提 PCB时加宽管脚铜箔，延伸散热，IC的管脚散热是有 供的驱动电压超过稳压管的电压，就会引起较大的静 效的；娇小型封装IC很多散热器在底部，贴片后靠铜 态功耗。同时，如果简单的用电阻分压的原理降低 箔散热，铜箔为了更好地散热可以将绿油层开掉；有 效地过孔将热量传导到PCB背面散热；在散热量较 栅极电压，就会出现输入电压比较高的时候，MOSFET 管工作良好，而输入电压降低的时候栅极电压不足， 大时，可以再一次进行选择铝基板设计，在密封的环境下显得非 引起导通不够彻底，从而增加功耗。 常重要，铝基板可以直接贴装到产品外壳上面，会有 MOSFET导通时需要是栅极电压大于源极电压。很好的散热效果。 201 0年全国照明LED9区动与电源技术研讨会论文集95

　　2、成为VIP后，下载本文档将扣除1次下载权益。下载后，不支持退款、换文档。如有疑问请联系我们。

　　3、成为VIP后，您将拥有八大权益，权益包括：VIP文档下载权益、阅读免打扰、文档格式转换、高级专利检索、专属身份标志、高级客服、多端互通、版权登记。

　　4、VIP文档为合作方或网友上传，每下载1次， 网站将按照每个用户上传文档的质量评分、类型等，对文档贡献者给予高额补贴、流量扶持。如果你也想贡献VIP文档。上传文档

　　沪教牛津版英语九年级上册 Unit 6 Healthy Diet-2 Listening and speaking 教案 教学设计 Teaching Plan.doc

　　原创力文档创建于2008年，本站为文档C2C交易模式，即用户上传的文档直接分享给其他用户（可下载、阅读），本站只是中间服务平台，本站所有文档下载所得的收益归上传人所有。原创力文档是网络服务平台方，若您的权利被侵害，请发链接和相关诉求至 电线) ，上传者