高質量高效率LED電源設計

表3 相同LED所具有的最高兩檔、三檔、四檔光通量分檔下的容差值

調光控制

　　LED制造商和他們的分銷伙伴正努力地改進產品的光通量容差，在合理的成本范圍內提供更細的分檔。對于那些希望產品可使用5年或50,000個小時，并在使用期內保持整體光輸出不變的設計師而言，即使想滿足最密集的通量分檔和設定0.1%的容差電流源也很難實現。因為熱量和隨著時間延長而產生的性能衰減等兩個重要因素會降低LED的光通量，即使電流源容差和LED光通量容差都達到0.001%也無法解決該問題。考慮到這些損耗，高質量固態照明產品設計師必須找到具有額外反饋回路的電源，也即找到熱量和光源。為此需要進行調光控制，那些可以對輸出電流進行線性控制和PWM控制的集成電路便成為最佳選擇。

　　例如，美國國家半導體的LM3409和LM3424都是LED驅動器控制IC，它們是適用于半導體照明的第二代電流源。兩款產品均可通過可變電阻器或電壓源來控制平均的LED電流值，并且可為PMW調光信號提供專門的輸入信號。除了線性控制回路外，LM3409和LM3424的模擬調節功能也令系統設計師可以在權衡輸出電流精度及尺寸、成本和電流檢測電阻的功耗間做出自己的選擇。圖4所示的LM3409/09HV控制降壓電路，是功率LED驅動器中最常用的電路模式。圖5中的LM3424可以作為升壓穩壓器LED驅動器，也可以作為降壓/ 升壓、SEPIC、反激式甚至是“懸浮”降壓電路。

圖4：LM3409/09HV降壓LED驅動器

圖5：LM3424升壓LED驅動器

需要光控制的應用領域

　　路燈是一個很好的光源示例，因為它有嚴格的法定標準限制。對于公路用路燈，歐盟國家規定了其最小和最大的光輸出及照明模式。對于符合此規定并提供五年或更長使用壽命的LED路燈來說，設計時必須考慮到熱量引起的即時光通量損失，以及更長時間下性能下降帶來的通量損失。

　　一種很自然的方法是使用光傳感器，比如構成線性控制回路的光電二極管。在系統啟用的第一天，就應該只使用整體可用驅動電流的一部分，這樣做是考慮到隨著時間推移，驅動電流將慢慢增至一個上限，籍此保證光輸出恒定。可以將光電二極管偏置，并轉換為一路脈寬調制信號，這將有助于在調光范圍內維持更加恒定的相對色溫，其線性控制回路更加簡單，一般而言調光范圍也比較小。根據不同的時間、運動傳感器或其他節省功耗的措施，對光輸出進行控制時，PWM控制將更加有用。圖6給出了具有更長壽命、光輸出恒定的LED燈的假定原理框圖。

圖6：PWM（脈寬調制）用于日/夜控制，線性控制用于光輸出.

　　本文小結

　　輸出電流精度只是評價LED驅動器性能的一個方面，但是當LED本身的光通量容差保持在遠高于±1%的水平時，即使對電流源容差和數字處理器中電壓軌的容差要求一樣嚴格，也幾乎沒有任何意義，平均LED電流容差應當幾乎等于光通量容差。本文基于單個分檔的誤差探討了一種理想情況，并給出了一些實際的例子，這些例子使用兩個或更多分檔的LED，其容差也可更輕松地達到±5%、±10%或更高。在額外的控制回路中，應該將成本開銷用于1%的電流控制，并可將電力用在更高的檢測電壓方面。有些LED燈會更強調簡單實用和低成本，此時即使采用線性調光也會顯得過于復雜和昂貴，但如果想要設計出發揮LED全部性能的燈具，就需要使用線性控制或PWM方式或者二者協調使用，從而令產品性能和壽命達到最優。