LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

前言

　　LED已經(jīng)問世多年，從早期的紅色指示燈，到稍后的黃、綠光LED，直至最后出現(xiàn)的藍(lán)光LED，每一次革新都帶來了應(yīng)用量的激增。應(yīng)用領(lǐng)域涉及交通信號(hào)燈、車用燈、洗墻燈（用于氣氛照明）等多個(gè)方面。近來，藍(lán)光LED成功結(jié)合了黃色熒光粉，得以發(fā)出白光。同時(shí)，LED的發(fā)光亮度也不斷上升，單顆功率等級(jí)達(dá)到1W、3W和5W的LED已十分常見?！　◎?qū)動(dòng)單顆LED或一長串串聯(lián)的LED，對于小電流等級(jí)（20mA）的LED來說比較容易，但電流等級(jí)高達(dá)350mA、700mA、1A或者更高的LED，驅(qū)動(dòng)起來就不那么容易了。當(dāng)然，若對功率消耗沒有限制，可以采用簡單的線性驅(qū)動(dòng)電源的形式；若對電流的控制要求不高，采用直接串聯(lián)電阻的方法也是可行的。然而，在大多數(shù)場合，使用的還是高效的開關(guān)型驅(qū)動(dòng)電源。當(dāng)LED燈串的導(dǎo)通電壓高于供電電壓時(shí)，或當(dāng)供電電壓大范圍變動(dòng)時(shí)，就必須使用開關(guān)型驅(qū)動(dòng)電源。但使用開關(guān)電源又意味著會(huì)帶來EMI（電磁干擾）問題，這一點(diǎn)必須予以考慮?！　”緯枋隽硕喾NLED驅(qū)動(dòng)方法，主要目標(biāo)如下：（1）針對特定的應(yīng)用場合，給出適用的LED驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)?；?）研究一些設(shè)計(jì)實(shí)例；（3）避免工程師們在設(shè)計(jì)中常犯的一些錯(cuò)誤。限于篇幅，書中無法窮盡所有和LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)相關(guān)的內(nèi)容，讀者還需參閱其他相關(guān)書籍。　　本書編寫過程中，Supertex公司的同仁們，特別是Rohit Tirumala和Alex Mednik，為我提供了大量的數(shù)據(jù)資料，這些資料來自于超能公司的數(shù)據(jù)手冊、應(yīng)用指南和培訓(xùn)資料以及同仁間的探討。

內(nèi)容概要

　　本書以LED光源及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)為主線，全面系統(tǒng)地介紹了LED的特性、LED驅(qū)動(dòng)電路及其相關(guān)技術(shù)，并結(jié)合實(shí)例介紹了各種LED驅(qū)動(dòng)電路的詳細(xì)設(shè)計(jì)方法，加深讀者對LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)過程的理解?！　”緯骖櫫瞬煌x者的需要，由淺入深，層次清晰，通俗易懂，實(shí)用性強(qiáng)，可作為電氣工程類專業(yè)本科生及研究生的入門教材，也可供從事LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員參考。

作者簡介

　　Steve Winder，知名電路設(shè)計(jì)專家，最早從事LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)的開發(fā)人員之一，現(xiàn)為業(yè)界領(lǐng)導(dǎo)廠商Supertex公司資深工程師。　　謝運(yùn)祥，華南理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師，長期從事電力電子與電力傳動(dòng)方面的教學(xué)和科研工作?！　⊥鯐詣?，博士，任教于廣州大學(xué)，長期從事有源電力濾波器、PWM整流器、開關(guān)電源等方面的研究工作。

書籍目錄

第1章　緒論　　1.1　本書目標(biāo)和講述方法　　1.2　內(nèi)容介紹　第2章　LED的特性　　2.1　LED的應(yīng)用　　2.2　光源的測量　　2.3　LED的等效電路　　2.4　導(dǎo)通壓降與顏色和電流的關(guān)系　　2.5　常見錯(cuò)誤　第3章　LED的驅(qū)動(dòng)　　3.1　電壓源驅(qū)動(dòng)　　　3.1.1　無源電流控制　　　3.1.2　有源電流控制　　　3.1.3　短路保護(hù)　　　3.1.4　故障檢測　　3.2　電流源驅(qū)動(dòng)　　　3.2.1　均流電路的自調(diào)節(jié)　　　3.2.2　電壓限制　　　3.2.3　開路保護(hù)　　　3.2.4　檢測LED故障　　3.3　測試LED驅(qū)動(dòng)電路　　3.4　常見錯(cuò)誤　　3.5　小結(jié)　第4章　線性電源　　4.1　簡介　　　4.1.1　電壓調(diào)節(jié)器　　　4.1.2　電壓調(diào)節(jié)器用作電流源或電流陷　　　4.1.3　恒流電路　　4.2　優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)　　4.3　局限性　　4.4　設(shè)計(jì)線性LED驅(qū)動(dòng)電路時(shí)的常見錯(cuò)誤　第5章　基于降壓變換器的LED驅(qū)動(dòng)電路　　5.1　一款降壓變換器控制芯片　　5.2　直流應(yīng)用中的降壓電路　　　5.2.1　設(shè)計(jì)規(guī)格　　　5.2.2　開關(guān)頻率和電阻（R1）的選擇　　　5.2.3　輸入電容（C1）的選擇　　　5.2.4　電感（L1）的選擇　　　5.2.5　MOSFET（Q1）和二極管（D2）的選擇　　　5.2.6　檢測電阻（R2）的選擇　　　5.2.7　設(shè)計(jì)低壓降壓電路時(shí)的常見錯(cuò)誤　　5.3　交流輸入時(shí)的降壓電路　　　5.3.1　設(shè)計(jì)規(guī)格　　　5.3.2　開關(guān)頻率和電阻（R1）的選擇　　　5.3.3　輸入二極管橋（D1）和熱敏電阻（NTC）的選擇　　　5.3.4　輸入電容（C1和C2）的選擇　　　5.3.5　電感（L1）的選擇　　　5.3.6　MOSFET（Q1）和二極管（D2）的選擇　　　5.3.7　檢測電阻（R2）的選擇　　5.4　由交流相位調(diào)光器供電的降壓電路　　5.5　交流輸入降壓變換器的常見錯(cuò)誤　　5.6　雙降壓變換器　　5.7　滯環(huán)降壓變換器　第6章　升壓變換器　　6.1　升壓變換器工作模式　　6.2　HV9912升壓變換器控制器　　6.3　連續(xù)導(dǎo)電模式升壓LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)　　　6.3.1　設(shè)計(jì)規(guī)格　　　6.3.2　典型電路　　　6.3.3　開關(guān)頻率（fs）的選擇　　　6.3.4　計(jì)算最大占空比（Dmax）　　　6.3.5　計(jì)算最大電感電流（Iin,max）　　　6.3.6　計(jì)算輸入電感值（L1）　　　6.3.7　開關(guān)MOSFET（Q1）的選擇　　　6.3.8　開關(guān)二極管（D1）的選擇　　　6.3.9　輸出電容（Co）的選擇　　　6.3.10　“切斷MOSFET”（Q2）的選擇　　　6.3.11　輸入電容（C1和C2）的選擇　　　6.3.12　定時(shí)電阻（RT）的選擇　　　6.3.13　電流檢測電阻（R1和R2）的選擇　　　6.3.14　電流參考電阻（R3和R4）的選擇　　　6.3.15　斜坡補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)（Rslope和R7）　　　6.3.16　電感電流的限定（R5和R6）　　　6.3.17　VDD引腳和REF引腳連接的電容　　　6.3.18　過壓臨界值的設(shè)定（R8和R9）　　　6.3.19　補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)　　　6.3.20　輸出鉗位電路　　6.4　斷續(xù)導(dǎo)電模式升壓LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)　　　6.4.1　設(shè)計(jì)規(guī)格　　　6.4.2　典型電路　　　6.4.3　開關(guān)頻率（fs）的選擇　　　6.4.4　計(jì)算最大電感電流（Iin,max）　　　6.4.5　計(jì)算輸入電感值（L1）　　　6.4.6　計(jì)算變換器導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間　　　6.4.7　開關(guān)MOSFET（Q1）的選取　　　6.4.8　開關(guān)二極管（D1）的選取　　　6.4.9　輸出電容（Co）的選取　　　6.4.10　“切斷MOSFET”（Q2）的選擇　　　6.4.11　輸入電容的選取（C1　和C2）　　　6.4.12　定時(shí)電阻（RT）的選擇　　　6.4.13　電流檢測電阻（R1和R2）的選擇　　　6.4.14　電流參考電阻（R3和R4）的選擇　　　6.4.15　電感電流（R5和R6）的限定　　　6.4.16　VDD引腳和REF引腳連接的電容　　　6.4.17　過壓臨界值的設(shè)定（R8和R9）　　　6.4.18　補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)　　6.5　常見錯(cuò)誤　　6.6　小結(jié)　第7章　升－降壓變換器　第8章　帶功率因數(shù)校正的LED驅(qū)動(dòng)器　第9章　反激變換器　第10章　開關(guān)電源要素　第11章　為LED　驅(qū)動(dòng)電路選擇器件　第12章　電感和變壓器的磁性材料　第13章　EMI和EMC問題　第14章　熱考慮　第15章　安全規(guī)范問題　參考文獻(xiàn)　

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　作為一名現(xiàn)場應(yīng)用工程師，我是最早從事LED（發(fā)光二極管）驅(qū)動(dòng)電路開發(fā)的設(shè)計(jì)者之一，遇到過許多該領(lǐng)域的潛在客戶，他們對于如何正確驅(qū)動(dòng)LED都知之甚少。20mA電流的老式LED曾在一定程度上被濫用。現(xiàn)在，LED功率等級(jí)正不斷提高，30mA、50mA、100mA、350mA甚至更高的電流等級(jí)變得越來越常見。已有多家制造商能制造單顆功率達(dá)20W以上的LED。這類大功率LED多采用芯片陣列的型式。如果LED不按功率等級(jí)使用，極易導(dǎo)致其使用壽命銳減。　　大功率LED在越來越多的場合得以應(yīng)用，如導(dǎo)航燈、交通信號(hào)燈、路燈、車燈、洗墻燈、影院中的臺(tái)階和緊急出口提示燈等。諸如高亮度LED和超高亮LED之類的名稱正變得毫無意義，因?yàn)檫€會(huì)有更大功率等級(jí)的LED不斷出現(xiàn)。本書內(nèi)容覆蓋了各種類型的LED驅(qū)動(dòng)方式，包含自低功率LED到超高亮LED，甚至更高的多種功率等級(jí)?！　〈蠊β蔐ED驅(qū)動(dòng)技術(shù)簡單嗎?不，通常都不是那么簡單的。在某些應(yīng)用場合，可以簡單地使用線性電源，但大多數(shù)場合需要使用恒流輸出的開關(guān)電源。采用線性電源驅(qū)動(dòng)效率低，易產(chǎn)生大量的熱。而使用開關(guān)電源，則需要解決驅(qū)動(dòng)效率、電磁干擾和驅(qū)動(dòng)成本等問題?？傊?，要設(shè)計(jì)合理的驅(qū)動(dòng)方式，既要滿足相關(guān)規(guī)范的要求，同時(shí)還要做到高效率、低成本。　　1.1　本書目標(biāo)和講述方法　　本書從實(shí)用角度闡述問題，但為了有助于后續(xù)章節(jié)的理解，也引入了一些必要的理論。例如，為了有效地使用元件，了解元件特性是很有必要的。

編輯推薦

　　LED（發(fā)光二極管）具有壽命長、耗能少、體積小、響應(yīng)快、抗震、抗低溫、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊。LED驅(qū)動(dòng)電路是影響LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一?！　I(yè)界領(lǐng)導(dǎo)廠商Supertex公司的資深專家Steve winder是最早從事LED驅(qū)動(dòng)電路開發(fā)的設(shè)計(jì)者之一，他將自己的經(jīng)驗(yàn)匯總成書，從實(shí)用角度描述了各種類型的LED驅(qū)動(dòng)方式，清晰透徹地闡述了驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)原理和具體設(shè)計(jì)過程，并指導(dǎo)讀者如何根據(jù)計(jì)算得到的元件參數(shù)去選擇實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)化元件。　　《LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)》主要內(nèi)容包括：恒流源驅(qū)動(dòng)LED與恒壓源驅(qū)動(dòng)LED的方案對比，降壓、升壓、反激等各種變換器及其適用場合，用于電源的各種電子元件，磁性材料的選擇原則，Eml和EMC問題。LED和LED驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱問題。通過《LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)》，讀者可以實(shí)現(xiàn)從理論到實(shí)踐的一次飛躍。

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