大功率led電源電路的製作方法
2023-09-21 03:08:15 2
專利名稱：大功率led電源電路的製作方法
技術領域：
自20世紀90年代以來，隨著以GaN為代表的第三代半導體的興起，藍綠光和白光發光二極體的研製成功，使用基於GaN的第三代半導體材料製作的超高亮度發光二極體(LED)作為新型高效半導體照明光源，具有壽命長、節能、綠色環保等顯著優點，將成為人類照明史上繼白熾燈、螢光燈之後的又一次質的飛躍。目前，大功率LED的發光效率普遍達到了 1101m/W以上，專家預測實驗室水平在年內可達到1801m/W，應用於城市道路以及汽車外部等照明已經完全可能。可以預料，節能、安全、時尚、環保的高亮度LED燈具產品將會形成一個非常有潛力的市場。 大功率LED雖具有高效率、壽命長和節能環保等優點，但其電學離散性較大，易受溫度變化的影響。LED的光輸出直接與LED電流相關，所以在LED應用中應控制補償輸入電壓和環境溫度等因素的變化，否則，LED的光輸出將隨輸入電壓和環境溫度等因素的變化而變化。若LED電流失控，則LED長期工作在大電流下將影響其可靠性和壽命，甚至造成LED失效。因此LED要求驅動電路具有完善的保護電路，如低壓鎖存、過壓保護、過熱保護、過流保護等，並且驅動電路要求有聞的功率轉換效率、聞集成度和聞可罪性等優點。根據以上因素，本發明基於MAX16832C驅動晶片設計了一款大功率LED的驅動電路，該電路具有結構簡單、性能穩定等特點。LED是一種電流驅動器件，其恆流源驅動電路就是一個電壓/電流變換器，這個變換器在負載大小以及外界溫度變化等情況下都能夠為LED提供恆定的電流。在降壓變換器中，通常利用功率MOSFET的開關動作來控制輸入電壓，對電感及其串聯的LED負載的電壓進行調節。當MOSFET導通時，電感存儲能量；當MOSFET關斷時，電感的儲能為LED提供電流。當MOSFET關斷時，接在LED和電感兩端的二極體提供了電流返回的路徑。
發明內容
本發明克服現有技術的缺點提供了一種大功率LED電源電路，其採用的技術方案請見後面所述。一種大功率LED電源電路，包括AC-DC模塊，DC-DC模塊，其中，其中DC-DC模塊採用專用LED驅動晶片。其中，專用LED驅動晶片選用美信公司降壓型晶片MAX16832C。本發明的具體實施方式
請見後文所述。
圖I是降壓型LED驅動電路圖；圖2是驅動方案的框圖3 是 MAX16832C 引腳圖；圖4是基於MAX16832C的驅動電路原理圖。
具體實施例方式下面給出本發明的較佳的實施例，這些實施例並非限制本發明的內容。實施例I降壓LED驅動電路的簡圖如圖I所示。在離線和低電壓應用中，用降壓變換器作為LED的驅動電路非常有吸引力，因為降壓變換器可以非常高效地產生恆流的LED電流。在輸入電壓和LED電壓波動較大的情況下，採用峰值電流控制的降壓變換器僅需簡單的反饋控制設計，就能使LED電流波動較小。另外，合理設計降壓變換器，會使其效率超過90%，所以 基於降壓變換器的驅動電路是一種驅動高亮度LED的很有吸引力的解決方案。本設計應用於室內、外照明。世界上室內、外照明供電電壓規格有220V(適用於國內和歐洲)、110V(適用於日本和美國)兩種，遠遠高於LED的工作壓降，所以驅動方案可選降壓型，由圖2表示。AC-DC模塊實現交流電壓到直流電壓的轉變，這個模塊一般由開關電源來實現。DC-DC模塊實現直流電壓到直流電流的轉變，提供給LED恆定的電流。這一模塊是本設計的重點。DC-DC模塊由專用LED驅動晶片實現。本發明選擇的是美信公司的降壓型晶片MAX16832C。該晶片具有下面的優點輸入電壓可達65V，輸出電流可達1A，輸出電流精度3%，開關頻率可達2*106/s，過熱關斷保護，低電壓關斷功能，電阻可編程LED恆定電流，可通過數字、模擬調光，比較適合於LED驅動，又能實現節能的目的。MAX16832C晶片採用增強散熱型8引腳SO封裝，引腳排列如圖3所示。MAX16832C晶片的各引腳描述如下CS腳為電流檢測輸入，在IN腳和CS腳之間連接一個電阻設置LED電流；IN腳為正電源電壓輸入，通過一個I μ F或更大電容旁路至GND ；GND腳為地；PGND腳為功率地；LX腳為開關節點；DM腳為邏輯電平亮度調節輸入，拉低DM關閉電流調節器；拉高DM則使能電流調節器；TEMP1腳為折返式熱管理和線性亮度調節輸入，如果使用折返式熱管理或模擬亮度調節，則用一個O. 01 μ F電容旁路至GND。基於MAX16832C晶片的LED驅動電路參數要求如下輸入電壓的典型值為24V，輸出電流為350mA，輸出電壓為3 20V，電路效率為90%以上，工作溫度範圍為_40 125°C。由MAX16832C晶片組成的驅動電路如圖4所示。工作原理當加一個直流輸入電壓後，晶片CS引腳和IN引腳之間會有一個200mV的電壓，它們之間的Rsense就能確定輸出電流值大小，晶片的LX引腳是晶片內部一個大功率匪OS的漏極，只有當NMOS管的柵極上電壓為高電平時，NMOS導通，電路形成的一個迴路Vin，Rsense, LED, LI。這個迴路是電源直接給LED供電，並且此過程給電感LI蓄能。當NMOS管的柵極電壓為低電平時，此時形成的迴路為LI，Dl, Rsense, LED。DIM引腳可以通過外接一個方波用以調節LED亮度；TEMP1引腳外接一個熱敏電阻，即可實現外部電路的過熱關斷功能；晶片自身帶有低壓鎖存、過壓保護的功能，當輸入電壓低於65V或高於65V，晶片停止工作；過流保護功能由晶片CS引腳和IN引腳之間的電壓差值反饋實現，當流過Rsense的電流偏大，則CS引腳和IN引腳之間的電壓增大，由晶片內部反饋電路反饋到NMOS的驅動電路，調節NMOS的導通時間，流過Rsense上的電流就會回到正常狀態。Cl和C2為輸入濾波電容,用於濾出和前一級電路之間連線的幹擾信號，確保晶片穩定工作。陶瓷電容式是最好的選擇，因為其具有高紋波電流額定值、壽命長、良好的溫度性能等優點Rsense為電流採樣電阻，通過選擇不同的值可以調節輸出電流的大小，電阻的要求是功率誤差越小越好；L1為電感，儲能元件，用於平滑輸出電流；D1為肖特基二極體，在電路中起續流作用；R2為電位器，可以實現模擬調光功能；R4為電阻，連接到DIM引腳和電壓輸入引腳Vin，始終拉高DM引腳電平，不實現數字調光功能。電路時開關型電壓轉換電路，為了電路性能穩定，必須設定一個合適的工作頻率。確定開關頻率時，要考慮電源轉換效率、電路體積和電路成本幾個因素。開關頻率低時，效率比較高，但是需要較大的電路體積和較高的設計成本；而較高的開關頻率會降低電源轉換效率，同時也會縮小電路的體積和成本。在輸出電壓小於100V，功率小於30W的驅動電路，開關損耗和元件尺寸應該折中考慮，綜合考慮開關頻率fsw應該在100 200kHz之間，這裡選開關頻率為150kHz。 Rsense為電流敏感電阻，即採樣電阻，通過加在它兩端的恆定電壓，產生一個恆流電源，即為LED的工作電流；也可改變採樣電阻的阻值大小，實現電阻可編程LED恆定電流。在選擇器件時要選擇1%精度、低溫漂的電阻，以確保輸出電流精度。輸出平均電流與電流取樣電阻的關係可表示為
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偏I丨…I(I)式中VSNSHI為檢測電壓門限的上限；VSNSLO為檢測電壓門限的下限。驅動電路設計的參數要求是ILED = 350mA，在MAX16832C晶片的技術手冊中的電氣特性表中可查到VSNSHI = 230mV, VSNSLO = 170mV，代入式(I)計算可得 Rsense O. 57 Ω。由於開關器件的輸出是隨時間變化比較劇烈的信號，不能直接驅動負載，需在其後加一個儲能元件，通過對儲能元件的充、放電，平滑輸出信號。通常選擇電感作為儲能元件。選擇較大容量的電感，開關頻率會比較低，輸出信號紋波也比較小，這時可減小甚至省去輸出紋波電容，但是電路的體積和成本就會增加；較小的電感可以降低電路的體積和成本，但這是以較大的輸出紋波電容、增加輸出紋波電容和降低電源轉換效率為代價的。電感值由式⑵決定
I I · I. I· .) x " I ill· xrrjTTK ⑶在MAX16832C晶片的技術手冊中的電氣特性表中可查到V = (VSNSHI-VSNSL0)=60mV。把 Vin = 24V, Rsense ^ O. 57 Ω , nVLED = 20V, fSff = 150kHz，代入式⑵計算得L = 211. I μ H，所以取標稱值L = 220Η。晶片內部MOS管導通的時候，電流經Vin，Rsense，LED，LI，再經晶片到地。在這一過程中LED點亮，並完成對電感的充電工作。但是當MOS管關斷時，上述迴路被關斷，LED熄滅，而且電感上也存儲了一定的能量無法釋放。為了使LED繼續工作，需要在電路中加一個肖特基二極體，使電流經LI，Dl，Rl，LED形成另一迴路。電感上的能量，經肖特基二極體釋放給LED，維持LED正常發光。選擇肖特基二極體，是因為它的正嚮導通壓降很低，反向恢復時間快，漏電小，這樣可以減小能量在肖特基二極體上的損耗。Dl的峰值電壓等於最大的輸入電壓，採用50%的安全裕量。因VDIODE = I. 5*30V = 45V, IDIODE = 350mA，所以選取額定電壓為75V，額定電流為O. 5A的肖特基二極體。測試過程是在室內溫度為25下進行的，測試中用到的主要儀器有數字直流穩壓電源、數字萬用表和數位訊號發生器。本實施例用該驅動電路分別驅動I 7個工作電流為350mA的大功率白光LED，輸入電壓為24V，設計基本符合要求，電路能夠正常工作。得到的結果如表I所示。表I
權利要求
1.ー種大功率LED電源電路，包括AC-DC模塊，DC-DC模塊，其中，其中DC-DC模塊採用專用LED驅動晶片。
2.如權利要求I所述的大功率LED電源電路，其特徵在於，其中，專用LED驅動晶片選用美信公司降壓型晶片MAX16832C。
全文摘要
本發明提供一種大功率LED電源電路，包括AC-DC模塊，DC-DC模塊，其中，其中DC-DC模塊採用專用LED驅動晶片。本發明使用LED作為照明光源，電路能夠實現較高的電源轉換效率，性能參數穩定，精確的電流輸出。在太陽能路燈方面，當太陽光伏電池輸出電壓為24V的情況下，電路應用比較合適。
文檔編號H05B37/02GK102843816SQ20111017431
公開日2012年12月26日 申請日期2011年6月24日 優先權日2011年6月24日
發明者由磊, 戴文慧 申請人:上海邊光實業有限公司