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  • LED驅(qū)動的調(diào)制方式及調(diào)光解析
    • 發(fā)布時間:2024-07-17 19:01:49
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    LED驅(qū)動的調(diào)制方式及調(diào)光解析
    LED驅(qū)動的3大調(diào)制方式是什么?
    LED驅(qū)動電路按供給LED的電源類型分為恒壓驅(qū)動和恒流驅(qū)動兩種,恒流LED驅(qū)動和恒壓LED驅(qū)動;恒流開關(guān)型LED驅(qū)動電路通過控制電路采樣流過LED燈的電流,并輸出控制信號控制開關(guān)功率管的導(dǎo)通與關(guān)斷,以調(diào)整輸出電流為設(shè)定值。調(diào)光控制電路主要有可控硅調(diào)光電路,脈沖寬度調(diào)制(PWM),脈沖頻率調(diào)制(PFM),滑模調(diào)制(sliding mode control),PWM_PFM調(diào)制,PSM調(diào)制等。
    PWM調(diào)制方式
    脈沖寬度調(diào)制如圖1所示,指在特定頻率下,通過改變開關(guān)功率管在每個周期內(nèi)的導(dǎo)通時間,也就是通過調(diào)節(jié)占空比來實現(xiàn)輸出電壓的穩(wěn)定。當(dāng)輸出電壓由于工作環(huán)境、噪聲等因數(shù)影響而改變時,誤差放大器采樣電壓變化,并將信號輸送給控制電路,由控制電路調(diào)節(jié)控制開關(guān)功率管信號的占空比,從而維持輸出電壓的穩(wěn)定。
    圖1.1電壓模式
    LED驅(qū)動 調(diào)制方式 調(diào)光
    圖1基于BUCK結(jié)構(gòu)的PWM調(diào)制
    PWM調(diào)制方式的優(yōu)點:
    (1)PWM調(diào)制方式在重載時具有很高的效率,且對負載的變化具有很好的動態(tài)響應(yīng)。
    (2)輸出紋波電壓小且線性度高。
    (3)頻率穩(wěn)定,占空比調(diào)節(jié)不受限制,控制簡單,且電流控制模式和電壓控制模式都適用。
    PWM調(diào)制方式的缺點:
    (1)PWM調(diào)制方式在輕載時效率降低。
    (2)恒壓驅(qū)動時瞬態(tài)響應(yīng)慢,而且需要較復(fù)雜的補償電路。
    (3)恒流驅(qū)動時需要精確的電流檢測電路。
    PFM調(diào)制方式
    脈沖頻率調(diào)制如圖2所示,在開關(guān)功率管導(dǎo)通時間一定的條件下,通過調(diào)節(jié)開關(guān)功率管的關(guān)斷時間,來實現(xiàn)對輸出電壓的控制。當(dāng)輸出電壓變化時,誤差放大器采樣反饋信號,并將與基準信號比較以后的輸出信號送給控制電路,由控制電路分析誤差信號,并產(chǎn)生一個脈沖寬度恒定、頻率變化的方波信號來控制開關(guān)功率管,從而維持輸出電壓的穩(wěn)定。
    圖2基于BUCK結(jié)構(gòu)的脈沖頻率調(diào)制
    LED驅(qū)動 調(diào)制方式 調(diào)光
    PFM調(diào)制方式的優(yōu)點:
    (1)PFM調(diào)制方式在輕載時具有很高的效率、較好的頻率特性和較高的電壓調(diào)整率。
    (2)PFM調(diào)制方式傳輸信噪比比較高,且具有很好的抗干擾能力。
    (3)輸出電壓可調(diào)范圍大,功耗低。
    PFM調(diào)制方式的缺點:
    (1)PFM調(diào)制方式在重載時效率會降低。
    (2)輸出紋波的頻譜分散,沒有規(guī)律。
    (3)負載調(diào)整的范圍很小,造成濾波的成本很高。
    Sliding Mode
    調(diào)制模式
    Sliding Mode調(diào)制模式即滑模控制,全稱滑模變結(jié)構(gòu)控制,是一種不連續(xù)控制。如圖3所示,滑模控制方式使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)其當(dāng)前狀態(tài)有目的地進行變化,迫使系統(tǒng)在響應(yīng)條件下沿所設(shè)計的軌跡作小幅度、高頻率的上下運動,即滑模運動,從而減輕了系統(tǒng)對擾動及負載跳變的敏感性。
    圖3基于BUCK結(jié)構(gòu)的滑模控制
    Sliding Mode調(diào)制方式的優(yōu)點:態(tài)響應(yīng)速度快、魯棒性強及穩(wěn)定范圍廣等優(yōu)點,但存在工作頻率不固定的問題
    (1)動態(tài)響應(yīng)速度快。
    (2)魯棒性強
    (3)穩(wěn)定范圍廣
    Sliding Mode調(diào)制方式的缺點是其工作頻率不固定。
    常用的LED驅(qū)動電源詳解
    一、常見LED驅(qū)動電源
    LED電源有很多種類,各類電源的質(zhì)量、價格差異非常大,這也是影響產(chǎn)品質(zhì)量及價格的重要因素之一。LED驅(qū)動電源通常可以分為三大類,一是開關(guān)恒流源,二是線性IC電源,三是阻容降壓電源。
    1、開關(guān)恒流源
    采用變壓器將高壓變?yōu)榈蛪海⑦M行整流濾波,以便輸出穩(wěn)定的低壓直流電。開關(guān)恒流源又分隔離式電源和非隔離式電源,隔離是指輸出高低電壓隔離,安全性非常高,所以對外殼絕緣性要求不高。非隔離安全性稍差,但成本也相對低,傳統(tǒng)節(jié)能燈就是采用非隔離電源,采用絕緣塑料外殼防護。
    開關(guān)電源的安全性相對較高(一般是輸出低壓),性能穩(wěn)定,缺點是電路復(fù)雜、價格較高。開關(guān)電源技術(shù)成熟,性能穩(wěn)定,是目前LED照明的主流電源。
    2、線性IC電源
    采用一個IC或多個IC來分配電壓,電子元器件種類少,功率因數(shù)、電源效率非常高,不需要電解電容,壽命長,成本低。缺點是輸出高壓非隔離,有頻閃,要求外殼做好防觸電隔離保護。
    市面上宣稱無(去)電解電容,超長壽命的,均是采用線性IC電源。IC驅(qū)電源具有高可靠性,高效率低成本優(yōu)勢,是未來理想的LED驅(qū)動電源。
    3、阻容降壓電源
    采用一個電容通過其充放電來提供驅(qū)動電流,電路簡單,成本低,但性能差,穩(wěn)定性差,在電網(wǎng)電壓波動時極容易燒壞LED,同時輸出高壓非隔離,要求絕緣防護外殼。功率因數(shù)低,壽命短,一般只適于經(jīng)濟型小功率產(chǎn)品(5W以內(nèi))。
    功率高的產(chǎn)品,輸出電流大,電容不能提供大電流,否則容易燒壞。另外,國家對高功率燈具的功率因數(shù)有要求,即7W以上的功率因數(shù)要求大于0.7,但是阻容降壓電源遠遠達不到(一般在0.2-0.3之間),所以高功率產(chǎn)品不宜采用阻容降壓電源。市場上,要求不高的低端型的產(chǎn)品,幾乎全部是采用阻容降壓電源,還有一些高功率的便宜的低端產(chǎn)品,也是采用阻容降壓電源。
    二、LED開關(guān)電源與驅(qū)動電源的區(qū)別
    LED驅(qū)動 調(diào)制方式 調(diào)光
    概括地說,LED驅(qū)動也是開關(guān)電源的一種,只是它有幾點特殊性,也是這類開關(guān)電源的共性,所以習(xí)慣上把它分類稱為LED驅(qū)動了。
    這幾點特殊性是:
    它的電壓輸出是3.2的倍數(shù),就是說電壓輸出的形式為3.2V、6.4V、9.6V、12.8V,但最多一般不超過25.6V。因為超過這個數(shù)后,在開啟LED的時候,會因產(chǎn)品的一致性不好而發(fā)生瞬間燒毀最后導(dǎo)通的那只LED的可能性。而且這個電壓也不是恒定的,是隨負載的變化而變化,以達到恒流的目的。
    它的輸出電流是恒定的,理想的電路是無論LED的特性曲線怎么變化,驅(qū)動電源的電流保持不變。但限于元件精度,還是會有少量的變化的,而這個變化也是判斷驅(qū)動電路是否優(yōu)秀的重要參數(shù),LED的導(dǎo)通與電壓的函數(shù)是一個非線性的“三段”關(guān)系,所以保持恒流非常重要。
    它的啟動是軟啟動。由于LED的一致性非常差,并且在導(dǎo)通時內(nèi)部PN結(jié)的活性發(fā)生瞬間變化,所以LED的驅(qū)動一般設(shè)計為軟啟動,來避開這個缺陷。
    它的電路要求最簡單,因為很多時候,要求電路裝在一個很小的空間里,以配合LED照明的方便性,所以電路應(yīng)盡可能的簡單,這樣也能節(jié)約成本、減少能耗。
    它一般不要求隔離,因為很多產(chǎn)品是類似于普通照明燈一樣的結(jié)構(gòu),安全方面可與照明燈相仿就是。但這第一條是一個“選讀項”,大家在了解的時候不要有誤解,因為有的驅(qū)動還是需要隔離的,這個特點只適用于我們目前流行的電路,而不一定適合以后的電路發(fā)展需要。
    綜上所述,可以認為:軟啟動、恒流、階躍電壓、電路簡單是它的特點。
    這里再指出一點:
    很多人片面的強調(diào)恒流,但卻閉口不提電壓,是不對的。因為恒流的概念與電壓無關(guān),比如一個電源,如果僅僅是30V輸出的恒流,那么當(dāng)你開路的時候,它的電壓就是30V了;這時你如果接上LED,那么這個直接用PN結(jié)工作的元件,會在最精確電路的反應(yīng)之前燒掉的。
    因為任何電路都需要有反應(yīng)時間,而電路里的工作器件就是半導(dǎo)體。PN結(jié)在電源給出取樣信號后才能反應(yīng)過來,而LED的PN結(jié)直接就開始工作了,所以它的“反應(yīng)”比電路中“眾多的PN結(jié)配合”來得快,提前燒掉!當(dāng)然也有特殊場合下用這種驅(qū)動的,但這種LED的驅(qū)動不允許輸出端開路的。準確的說是“不允許輸出端開路后再接上LED”。
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