LED應(yīng)用的電源要求

LED應(yīng)用的電源要求

LED技術(shù)的最新突破使得人們能夠生產(chǎn)出可以輸出寬譜光的LED，而不再僅僅是傳統(tǒng)的紅光和綠光的衍生物。因此用在產(chǎn)品中（照明和其他方面）的LED的絕對(duì)數(shù)量正呈指數(shù)型增加。

從手電筒到汽車頭燈，再到LCD電視顯示器的背光照明，LED的應(yīng)用正在不斷拓展到新的領(lǐng)域?？傊?，LED應(yīng)用迅猛增長(zhǎng)背后最主要的驅(qū)動(dòng)力是LED技術(shù)帶來(lái)的效率提升（即每瓦耗能可以提供更高流明的照明輸出）。

電源要求
與以前的白熾燈相比，LED有不同的電源要求。此外，根據(jù)功率等級(jí)和總體系統(tǒng)要求的不同，驅(qū)動(dòng)LED的最好解決方案也不同。

在傳統(tǒng)的照明解決方案中（如白熾燈照明），負(fù)載呈阻性。功耗以及相應(yīng)的燈的亮度是加到燈上的電壓以及燈的電阻的函數(shù)（根據(jù)歐姆定律）。

光強(qiáng)會(huì)隨著輸入電壓的變化增強(qiáng)或減弱。以汽車頭燈為例，當(dāng)引擎啟動(dòng)時(shí)，電池的電壓較低，因此頭燈會(huì)變暗；一旦引擎開始運(yùn)轉(zhuǎn)，電池的電壓會(huì)恢復(fù)，頭燈也隨之恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)亮度。

LED的與傳統(tǒng)白熾燈有著根本的不同。LED的亮度是通過(guò)調(diào)節(jié)LED電流來(lái)控制的，而LED負(fù)載的電阻則會(huì)隨著所加負(fù)載的不同而變化。LED需要恒定的電流，而不是通過(guò)恒定電壓和電阻來(lái)保持恒定的亮度。根據(jù)LED的功率等級(jí)的不同，實(shí)現(xiàn)上述效果的方法也不同。

對(duì)于功率非常低的LED，圖1所示的一種非常簡(jiǎn)單的電路基本就夠用了。與R相比，LED的有效電阻非常小，因此流過(guò)LED的電流由V/R確定。它的缺點(diǎn)如下：

圖1 電阻受限LED的簡(jiǎn)易電源解決方案

● 亮度是電壓的函數(shù)。V的變化實(shí)質(zhì)上會(huì)改變電流，進(jìn)而改變LED的亮度。回到最初的汽車頭燈的例子——在引擎剛開始啟動(dòng)時(shí)光依然會(huì)很弱。

● 這種解決方案無(wú)法利用LED的效率優(yōu)勢(shì)。因?yàn)榕cLED的電阻相比，R非常大，大部分功率都消耗在R上。

大功率LED
對(duì)于大功率LED，為了將LED的效率優(yōu)勢(shì)最大限度地發(fā)揮出來(lái)，需要一種電流受控的解決方案。圖2給出了這種解決方案的一個(gè)實(shí)例。

圖2 電流受控的LED供電解決方案

V·I芯片PRM整流器和VTM電壓變換器用來(lái)提供穩(wěn)定的電壓。為了使用PRM和VTM給LED供電，需要修改PRM的工作方式以提供穩(wěn)定的電流。這是通過(guò)采用電流放大器和補(bǔ)償器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

與常規(guī)方法相比，使用PRM和VTM來(lái)提供恒定電流具有幾項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。在系統(tǒng)中采用VTM可實(shí)現(xiàn)負(fù)載點(diǎn)的電流倍增。根據(jù)下面的公式，VTM的輸出電流正比于它的輸入電流，比值是固定的匝數(shù)比K，IOUT = IIN/K。

因此，在電流受控的應(yīng)用中，可以通過(guò)檢測(cè)和控制VTM的輸入電流來(lái)控制它的輸出電流。檢測(cè)較低的電流需要較小的傳感器，后者會(huì)消耗較少的功率并改善整體效率。同樣，高效率和高功率密度使得整個(gè)LED系統(tǒng)體積小、溫度低，并將每瓦耗能所輸出的流明數(shù)達(dá)到最高。

一項(xiàng)重要的附加優(yōu)勢(shì)是，流過(guò)LED的電流（IOUT）不是輸入電壓的函數(shù)。因此，在我們的汽車頭燈的例子中，只要流過(guò)LED的電流保持恒定，不管電池電壓是多少，LED的亮度都將保持恒定。這是因?yàn)镻RM是一個(gè)可以隨著V而改變的可變負(fù)電阻，從而提供了一種保持電流恒定的方法。

更為重要的是，PRM的電阻是有效電阻，而不是真實(shí)電阻，這意味著功率損耗非常小，而且不是有效電阻值的函數(shù)。因此，大部分功率都消耗在LED上，使得這個(gè)解決方案同它所使用的LED一樣有效且高效。

這個(gè)解決方案的一些缺點(diǎn)包括其復(fù)雜度明顯比圖1所示的解決方案要高，因此它的正確實(shí)施需要更多的關(guān)注和控制。復(fù)雜度的增加也帶來(lái)了成本的提高，因此這個(gè)解決方案更加適用于大功率LED，在大功率LED中節(jié)省的功率（以及LED運(yùn)行中的電能成本）能夠更容易地彌補(bǔ)掉增加的成本和復(fù)雜度。

最后，對(duì)于LED不同的電源要求，有從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的不同的解決方案可供使用。圖1所示的電阻型限流器簡(jiǎn)單、成本低，但對(duì)大功率LED而言它效率低，不適用。

圖2所示的可調(diào)節(jié)的電流源可以使效率和尺寸達(dá)到最佳，但它們需要更高的成本，并增加了復(fù)雜度?？烧{(diào)節(jié)的電流源提供了附加優(yōu)勢(shì)，如不受輸入電壓波動(dòng)影響，對(duì)總體系統(tǒng)目標(biāo)而言這些附加優(yōu)勢(shì)可能重要，也可能不重要。LED電源的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該注意到可用于給LED供電的不同方案以及整個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)