工程師如何選擇LED恒流源周邊器件

在設計LED恒流源時為保持嚴格的滯環電流控制,電感必須足夠大,保證在HO,ON 期間,能向負載供應能量,避免負載電流顯著下降,導致平均電流跌到期望值以下.

首先,我們來看一下電感的影響,假設沒有輸出電容(COUT)的存在,這樣負載電流和電感電流完全一致,能更清楚地說明電感的影響.下圖給出了在輸入電壓的變化范圍內,電感值對頻率的影響.可以看出,輸入電壓對頻率的影響很大,電感值在輸入低電壓時對降低頻率有很大影響.(注:您的不一定是和參考圖完全一樣,我在此只是說明問題)

上圖是不同電感值下的頻率響應.下圖說明了電感減小時,在輸入電壓的變化范圍內,負載電流的變化明顯增大.

下圖給出了頻率根據不同的輸出電壓和不同的電感值的變化曲線.

下圖, 說明了電感減小時,在輸出電壓的變化范圍內,負載電流的波動明顯增大.

LED的驅動電路產生人耳聽得見的噪聲(audible noise,或者microphonic noise).通常白光LED驅動器都屬于開關電源器件(buck、boost 、charge pump等),其開關頻率都在1MHz左右,因此在驅動器的典型應用中是不會產生人耳聽得見的噪聲.但是當驅動器進行開關調節的時候,如果PWM信號的頻率正好落在200Hz到20kHz之間,白光LED驅動器周圍的電感和輸出電容就會產生人耳聽得見的噪聲.所以設計時要避免使用20kHz以下低頻段.

我們都知道,一個低頻的開關信號作用于普通的繞線電感(wire winding coil),會使得電感中的線圈之間互相產生機械振動,該機械振動的頻率正好落在上述頻率,電感發出的噪音就能夠被人耳聽見.電感產生了一部分噪聲,另一部分來自輸出電容.

選擇電感感值大小在參考設計范圍左右最多的是您的經驗值,合適的選擇感值主要需要考慮的條件是線路工作在合適的頻率范圍、合適的開關頻率減少MOS開關次數,減少mos發熱量、避免與同PCB線路同頻干擾;選擇合適的電感內阻,內阻是電感發熱的主要因數,從而提高線路效率;選擇合適的電流值,有時體積和成本是制約主要因數,但是還是要大于峰值電流的2倍(通常在65%),就算在板級空間十分珍貴的情況下也要保證30%預留空間余量,這樣可以有效的減小內阻,減小發熱量;質量不好、繞制松散電感器件也會有噪聲;未屏蔽的電感在金屬外殼安裝時會發生線路震蕩頻率改變,從而產生噪聲,這時需要將電感屏蔽;另外,當被屏蔽干擾信號的波長正好與金屬機殼的某個尺寸接近的時候,金屬機殼很容易會變成一個大諧振腔,即:電磁波會在金屬機殼內來回反射,并會產生互相迭加.

為了獲得最佳的效率,應選用鐵氧體磁芯電感器.應選擇一個能夠在不引起飽和的情況下處理必須的峰值電流的電感器,確保該電感銅線低的DCR(銅線電阻).以便減小I2R功耗.切記電感銅線絕緣層耐不了160度或長時間高溫溫度環境,SMT有時也會有影響,會使得電感感值發生嚴重變化,要仔細了解供應商產品溫度忍耐限度要求.

EMC電感選擇:

EMC電感用在輸入和輸出過濾器可以用來減少傳導干擾,用于低于EMC標準的限制設計.所有的電感器都需要鐵粉磁心而非鐵氧體.在它飽和前,可以處理更大電流,需要依據負載選擇合適的電流值.

制作濾波電感,選用何種磁心材料,除了必須注意防止磁心飽和問題外,還必須考慮到磁心的恒磁導特性.需要指出,有些設計人員往往只注意電感量的指標,選擇磁導率高的材料,以減少線圈的匝數,而對于電感額定電流較大時,電感量是否減少,減少到什么程度,會不會達到飽和,考慮較小.這是應該注意避免的.

由于鐵粉心具有飽和磁通密度高,恒磁導特性好,價格便宜,而得到了廣泛應用.