基于飛兆半導體FAN100的LED系統設計

摘要：隨著高功率LED的出現，LED的使用壽命及電源轉換效率成為設計LED照明系統時的主要考慮因素，基于飛兆半導體FAN100設計出高效率、高穩定性的LED照明系統，首先給出了硬件電路，接著分析了電路的性能，最后進行實驗仿真。從仿真結果可以看出本系統在溫度波動比較大的范圍內比較穩定。
關鍵詞：電源設計；LED；寬范圍

O 引言
所有發光二極管無論其燈光顏色、尺寸大小或功率有甚不同，只要驅動的電流恒定不變，它們都能充分發揮其性能。發光二極管生產商都會列明產品的規格，例如，數據表上會列出產品在指定正向電流(IF)而非正向電壓(VF)驅動下的流明、光束波形及顏色。發光二極管的亮度隨電流的大小而不同，且制造出來的發光二極管，其電壓與電流曲線稍有差異，因而LED照明的亮度常隨電源電壓的變動而無法穩定。為維持亮度穩定一致，需要發光二極管恒流驅動器來實現。恒流驅動器可以使得發光二極管工作在固定電流模式，因而亮度穩定性高。恒流驅動器也讓發光二極管長期工作在一定電流下，使其維持較長壽命。發光二極管照明優點是節能、安全，但由于恒定電流工作考慮，能耗亦相對增加，因此照明系統設計以低能耗為目標。前面提到恒流驅動器的壓降在2 V以內，即是考慮低能耗的設計，若系統的電源端電壓與串接發光二極管壓降超過2 V以上，則需考慮以電壓轉換器來達到低能耗目標，但仍維持恒定電流工作模式。低能耗的電壓轉換器是以開關式方式工作，依據反饋電路控制開關周期，達到穩定輸出電壓。但為了維持發光二極管恒定電流工作狀態，反饋電路是以輸出電流來控制轉換器開關周期。
目前市場上電源輸入系統為兩類：一類前端為AC電源輸入系統加上后端的電流控制模塊，此類產品包括冷凍柜燈條、室內燈具、路燈、臺燈、MRl6、ARlll等。另一類為交流電源直接輸入系統整合AC／DC轉換器和恒定電流線路，此類產品包括E27和GUl0等燈泡型LED燈、PAR燈、T5和T8LED燈管。
本文采用恒流源驅動二極管發光，發光二極管電流減小時，恒流源電路采集到變化(減小)的電流值，進行放大后，傳輸給控制電路，控制電路對采樣信號進行反相處理，輸出脈沖寬度增大，寬度增大的輸出脈沖驅動功率轉換級的功率管，使得次級輸出電壓增加，這樣，串聯LED兩端的電壓也增大，于是，流過發光二極管的電流也增大，這就維持了發光二極管的電流恒定，同樣，若由于某種原因，使發光二極管的電流增大時，其控制過程相反，采用恒流源驅動的方法，可克服大功率發光二極管管壓降的不一致和因溫度特性較差，管子的電流和發光效率變化的缺點。

1 硬件電路
1．1 FANl00簡介
FANl00是一個初級端調節PWM控制器，以滿足高亮度(high brightness，HB)發光二極管(LED)市場的關鍵性需求。采用內置專有TRUECURRENTTM技術和嚴格的恒壓(constant voltage，CV)范圍，實現最精確的恒流(constant current，CC)控制，而無需使用次級端反饋電路。通過在較寬的電壓范圍內精確恒流，同樣的電路就可以用于數目不同的成串LED，從而提高設計靈活性、縮短上市時間，并延長HBLED的使用壽命。由于這些PSR PWM控制器的高集成度，因此可以節省線路板空間，以配合燈泡外形尺寸不斷縮小的發展趨勢。
FANl00具有專有的節能模式，提供關斷時間調制功能，以線性方式減小輕負載狀況下的PWM頻率。另外，它們還通過減少次級端反饋電路和組件，最大限度地減小功耗(無負載下待機功耗O．15 W)。所有這些節能特性都是使電源符合嚴苛的能效法規所不可或缺的。此外，這些PSRPWM控制器更提供了穩健的保護功能如欠壓鎖定(UV-LO)、過壓保護(OVP)和過熱保護(OTP)。
1．2 整體電路
整體電路如圖1所示。