LED不用白炽灯、荧光灯和高压钠灯首选的高压AC电源,而是采用电压低得多的DC电压源,其典范范畴视利用和LED配置的不同而有所转变,从8V至72V。不过,大多数新的设计都将在12V至24V的DC输进范畴内工作,而有些改良设计会应用12V交换输进。
为确保最佳性能和长的工作寿命,LED需要一个有效的驱动电路。这些驱动电路必需靠不准确稳固的电源轨工作,而且还必需具有本钱效益和空间效益。为保持长工作寿命,首先要确保不超过LED的电流和温度限制。不管输进电压如何变更,LED驱动器都能为LED串供给恒定电流,以保持恒定的光输出和色彩,因此通常采用恒定频率、电流模式LED驱动器拓扑。与电压模式把持相比,电流模式把持改良了环路动态特征,并供给逐周期电流限制,从而向LED供给恒定电流。最后,LED驱动器必需供给超过90%的效率,以最大限度减小对外部散热措施的需求,并保持照明系统的高效率。
图1显示了采用单个LED驱动器IC驱动50W LED串的电路。驱动IC是凌力尔特公司的工作在升压模式的LT3756。LT3756是一个100V、高压侧电流检测DC/DC转换器,6V至100V的输进电压范畴使其非常实用于多种利用,包含产业和建筑照明。LT3756应用一个外部N沟道MOSFET,可以通过标称12V的输进驱动多达14个1A的白光LED,供给超过50W的功率。它可以用一个24V输进为多达20个LED供电,供给总共75W的LED功率。
图1:采用单个LED驱动器LT3756驱动50W LED串的电路。
LT3756包含了高压侧电流检测,从而使该器件能用在升压、降压、降压/升压或SEPIC和反激式拓扑中。在这个例子中,LT3756用于升压模式,可以供给超过94%的效率,无需散热措施。频率调节引脚答利用户在100kHz至1MHz范畴内对频率编程,从而优化效率,并最大限度减小外部组件尺寸和本钱。采用3x3mm QFN封装的LT3756可供给一个非常紧凑的50W至75WLED驱动器解决计划。
此外,LT3756采用真正彩色PWM(True Color PWM)调光,这种调光方法以宽达3,000:1的调光范畴供给恒定LED色彩。对不苛刻的调光需求而言,CTRL引脚可用来供给10:1的模仿调光范畴。该器件的固定频率、电流模式架构在宽电源电压和输出电压范畴内供给稳固工作。一个以地为基准电压的FB引脚用作几种LED保护功效的输进,从而使该转换器可以作为恒定电压源工作。
图1的设计可以在多种不同的配置中应用。LED可以在50W聚光灯配置中以单阵列排列,以代替125W的荧光灯或高压钠灯,这几种灯的光输出都相当于500W卤素灯,而产生的热量却比卤素灯少。除了节俭能源,由LT3756驱动的LED还供给即时接通功效、纯净得多的光色彩,并能快速和准确地对LED调光。此外,该设计还可将多达14个4W的LED配置为运动式投射灯,每个灯都能以同样或更好的光色彩,供给相当于一个40W卤素灯的光输出,同时下降非常热的卤素灯固有的火灾风险。类似地,LED还可以代替几个荧光灯。
图2:LT3750 50W LED升压电路的效率和输进电压
为突出LED产业照明的利益(与历史上效率最高的高压钠灯照明相比),可以考虑一个提炼厂的例子,如图3所示。在这个例子中,超过1,000个250W的高压钠灯照明系统被同样数目标100W白光高亮度LED照明系统代替,这些LED都是由LT3756驱动的。由于这些灯是逐日24小时不中断地开着,所以第一个重要的利益是能源需求下降了60%。就全部提炼厂而言,这可每年节俭16.4万美元本钱(按每度电0.10美元盘算)。这种节俭还可能极大地提高,由于LED照明系统不需要任何升温期,可以“即时接通”工作,从而在极短的时间内达到最大光强。通过在不需要时给这些灯断电,或者应用运动把持传感器以避免让这些灯24小时不中断工作,这个工厂还能节俭多得多的能源。
图3:具有高亮度白光LED灯与高压钠灯照明的提炼厂
另一个重要的利益是光输出的质量。正如可以在图3中看到的那样,工厂左手边的部分是用LED照明的,LED供给全光谱纯白光,与高压钠灯(右手边)相比,在这种光线中更轻易看明白,而高压钠灯发出的光几乎全部在色谱的橙黄色区域,从而非常难以区分色彩。在提炼厂中,这尤其令人难受,由于要用肉眼区分水蒸气和火焰引起的烟雾是非常惨痛的事。要能够准确地辨认色标导线和彩色饰板也是很重要(甚至在光线暗淡的情况下)。
最后,白光LED具有10万小时的工作寿命,天天24小时不中断工作,将持续应用超过11年,相比之下,高压钠灯每一两年就需要调换。与目前的高压钠灯照明相比,这进一步下降了高亮度LED的长期总体本钱。
本文小结
白光LED照明利用在产业/住宅通用照明范畴前所未有地加速已经导致对大电流LED驱动器IC的很多具体性能请求。从面向提炼厂、发电厂等有害产业利用的大功率外部照明到内部运动式投射照明,产业利用有很多种。节能以及由此引起的二氧化碳排放量减少,正在加速高亮度白光LED在大批贸易和产业环境中的采用。所有这些利用都需要高性能LED驱动器IC,以最大限度地提高效率和可靠性,同时最大限度地下降用户向LED照明转变的本钱。这些LED驱动器还必需供给恒定电流以保持一致的亮度(而不管输进电压或LED正向电压如何变更),必需以高效率工作,并供给宽调光比。这些利用还请求占板面积非常紧凑和高热效率解决计划。荣幸的是,LED驱动器的设计师已经预感到了这些需求,并已经设计出满足所有这些需求的IC。