試論白光LED電源設(shè)計(jì)技術(shù)

摘 要 本文用過(guò)對(duì)白光LED照明系統(tǒng)的分析，講述了電源設(shè)計(jì)的原理，結(jié)合作者多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)引導(dǎo)讀者對(duì)電源設(shè)計(jì)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞 LED 設(shè)計(jì) 技術(shù)

中圖分類號(hào)： TN312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

LED電源的要求主要有：高效率、小尺寸，以及可以調(diào)節(jié)LED亮度。當(dāng)我們選擇一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功率時(shí)，必須有高效率的升壓轉(zhuǎn)換器。在本文中，我們用白光LED為例進(jìn)行了討論，并探討其對(duì)電力的需求。

以大功率白光LED為例，其主要要求是，高效率的整體解決方案，其有重要的EMI（電磁干擾）性能。

鋰離子電池的電壓范圍在2.7V～4.2V之間。主要任務(wù)是提供白色LED和一個(gè)典型的正向電壓為3.5V的恒定電流。

與電荷泵的解決方案相比，升壓轉(zhuǎn)換器，可以實(shí)現(xiàn)更高的效率，開(kāi)關(guān)電容器和升壓轉(zhuǎn)換器，用于驅(qū)動(dòng)白色LED的電源拓?fù)洹＿@兩種解決方案提供更高的輸出和輸入電壓。其主要的差別是，轉(zhuǎn)換增益M = Vout / Vin和增益效率將直接影響轉(zhuǎn)換增益。

一個(gè)真正的電壓電荷泵具有非常低的效率（例如低至40%），其增益（增益為1.0和1.5）的組合可轉(zhuǎn)換出更好的結(jié)果。這樣一個(gè)電荷泵從增益M = 1.0 M = 1.5的轉(zhuǎn)換點(diǎn)轉(zhuǎn)換，這是因?yàn)樵鲆孓D(zhuǎn)換效率將下降到60%的范圍內(nèi)。降低（轉(zhuǎn)化率）運(yùn)行時(shí)，電池正常的時(shí)間效率，整體效率將會(huì)降低。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)換發(fā)生在低電池電壓3.5V附近時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)高效率。然而，在轉(zhuǎn)變點(diǎn)的壓降取決于LED的正向電壓時(shí)，LED電流，電荷泵I2R損耗。這些參數(shù)將被轉(zhuǎn)換到更高的電池電壓。因此，在特定的系統(tǒng)中，操作電荷泵必須十分小心。

如果使用的是一款升壓轉(zhuǎn)換器，則屏蔽電感器將擁有一個(gè)更為有力的磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)更好的EMI性能。應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換頻率加以選擇，以最小化所有對(duì)該系統(tǒng)無(wú)線部分產(chǎn)生的干擾。PCB布局將對(duì)EMI產(chǎn)生重大影響，尤其將要承載開(kāi)關(guān)或AC電流的EMI放射。

粗線應(yīng)先完成布線，且必須使用一個(gè)星形接地或接地層以最小化噪聲。輸入和輸出電容應(yīng)為低ESR陶瓷電容以最小化輸入和輸出電壓紋波。

結(jié)論：在大多數(shù)應(yīng)用中，與充電泵相比，升壓轉(zhuǎn)換器顯示出了更高的效率。使用一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器（其電感大小與1210外殼尺寸一樣）降低了充電泵的優(yōu)勢(shì)。

總之，對(duì)于許多系統(tǒng)而言，尤其在器件擁有一個(gè)從1.0到1.5的靈活轉(zhuǎn)換增益的時(shí)候，充電泵解決方案將是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案。在稍微高于LED正向電壓處發(fā)生從1.0到1.5的轉(zhuǎn)換增益時(shí)，這樣一個(gè)解決方案將實(shí)現(xiàn)絕佳的效率。在為每個(gè)應(yīng)用選擇升壓轉(zhuǎn)換器或充電泵解決方案時(shí)，需要充分考慮便攜式系統(tǒng)的要求。如果效率是主要要求，則升壓轉(zhuǎn)換器將為更適宜的選擇。

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