Einführung des LED-Antriebsleistungsprinzips
2018-11-20 18:24:04
Die folgende Grafik zeigt die Beziehung zwischen Durchlassspannungsabfall (VF) und Durchlassstrom (IF). Aus der Kurve ist ersichtlich, dass, wenn die Durchlassspannung einen bestimmten Schwellenwert (ca. 2 V), d. h. die Einschaltspannung, überschreitet, davon ausgegangen werden kann, dass IF proportional zu VF ist. Die Tabelle zeigt die elektrischen Eigenschaften der aktuellen superhellen LED. Laut Tabelle kann der höchste IF einer superhellen LED derzeit 1 A erreichen, und VF beträgt normalerweise 2 bis 4 V.
Da die Lichteigenschaften von LEDs normalerweise als Funktion des Stroms und nicht der Spannung beschrieben werden und die Beziehungskurve zwischen Lichtstrom (V) und IF besteht, kann ein Treiber mit konstanter Stromquelle die Helligkeit besser steuern. Darüber hinaus ist der Bereich des Durchlassspannungsabfalls von LEDs relativ groß (bis zu 1 V), und die VF-IF-Kurve in der obigen Abbildung zeigt, dass kleine Änderungen von VF große Änderungen von IF verursachen, was zu größeren Änderungen der Helligkeit führt. Daher kann die Verwendung eines Treibers mit konstanter Spannungsquelle keine gleichbleibende LED-Helligkeit garantieren und die Zuverlässigkeit, Lebensdauer und den optischen Verfall der LED beeinträchtigen. Daher werden superhelle LEDs normalerweise mit einer Konstantstromquelle betrieben.
Unten sehen Sie die Beziehung zwischen Temperatur und Lichtstrom (V) der LED. Aus der folgenden Abbildung ist ersichtlich, dass der Lichtstrom umgekehrt proportional zur Temperatur ist. Der Lichtstrom bei 85 °C ist halb so groß wie bei 25 °C, und die Leistung bei 140 °C ist 1.8-mal so hoch wie bei 25 °C. Temperaturänderungen haben auch einen gewissen Einfluss auf die Wellenlänge der LED. Daher ist eine gute Wärmeableitung die Garantie für eine konstante Helligkeit der LED.
Nachfolgend sehen Sie eine Darstellung der Beziehung zwischen Temperatur und Lichtstrom einer LED.
Einführung in die allgemeine LED-Antriebsschaltung
Aufgrund der Leistungsbeschränkung der LED ist es normalerweise notwendig, mehrere LEDs gleichzeitig anzusteuern, um die Helligkeitsanforderungen zu erfüllen. Daher ist eine spezielle Antriebsschaltung erforderlich, um die LED zum Leuchten zu bringen. Im Folgenden finden Sie eine kurze Einführung in das LED-Konzept der Antriebsschaltung.
Die Widerstandsstrombegrenzungsschaltung ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Widerstandsstrombegrenzungs-Treiberschaltung ist die einfachste Treiberschaltung. Der Strombegrenzungswiderstand wird mit der folgenden Formel berechnet.
Vin ist die Eingangsspannung des Schaltkreises: VF ist der Durchlassstrom des IED; VF ist der Spannungsabfall der LED, wenn der Durchlassstrom IF beträgt; VD ist der Spannungsabfall der Sperrdiode (optional); y ist die Anzahl der LEDs in jeder Reihe; x ist die Seriennummer der parallelen LEDs.
Das linearisierte mathematische Modell der LED kann der obigen Abbildung entnommen werden.
Formel: Vo ist der Öffnungsspannungsabfall einer einzelnen LED; Rs ist ein linearisierter äquivalenter Serienwiderstand einer einzelnen LED. Die Berechnung des oberen Grenzstromwiderstands kann wie folgt geschrieben werden:
Wenn der Widerstand ausgewählt ist, ist die Beziehung zwischen dem IF der Widerstandsstrombegrenzungsschaltung und dem VF
Aus der obigen Formel ist ersichtlich, dass die Widerstandsstrombegrenzungsschaltung einfach ist. Wenn jedoch die Eingangsspannung schwankt, ändert sich auch der Strom durch die LED, sodass die Regelungsleistung schlecht ist. Darüber hinaus ist der Wirkungsgrad gering, da der Leistungsverlust des Widerstands R xRIF beträgt.
Einführung des Linearreglers
Der Kern des Linearreglers besteht in der Verwendung einer Leistungstriode oder eines MOSFFET, die im linearen Bereich als dynamisch einstellbarer Widerstand zur Steuerung der Last arbeiten. Es gibt zwei Arten von Linearreglern: parallel und seriell.
Der in Abbildung a unten gezeigte parallele Linearregler wird auch Shunt-Regler genannt (in der Abbildung ist nur eine LED dargestellt, tatsächlich kann die Last aus mehreren LEDs in Reihe bestehen, dasselbe gilt unten). Er ist parallel zur LED. Wenn die Eingangsspannung steigt oder die LED abnimmt, steigt der Strom durch den Shunt-Regler, was den Spannungsabfall am Strombegrenzungswiderstand erhöht. Der Strom durch die LED bleibt konstant.
Da Shunt-Regler in Reihe mit einem Widerstand geschaltet werden müssen, ist ihre Effizienz nicht hoch und es ist schwierig, bei einem großen Bereich von Eingangsspannungsänderungen eine konstante Regelung zu erreichen.
Die folgende Abbildung B zeigt einen Serienregler. Wenn die Eingangsspannung steigt, erhöht sich der dynamische Widerstand des Reglers, um die Spannung (den Strom) an der LED konstant zu halten.
Da der Leistungstransistor oder MOSFET eine gesättigte Einschaltspannung hat, muss die minimale Eingangsspannung größer sein als die Summe aus Sättigungsspannung und Lastspannung, damit die Schaltung ordnungsgemäß funktionieren kann.
Einführung des Schaltreglers
Die Antriebstechnologie ist nicht nur durch den Eingangsspannungsbereich begrenzt, sondern weist auch eine geringe Effizienz auf. Bei Verwendung in einem gewöhnlichen LED-Treiber mit geringer Leistung beträgt der Strom nur wenige mA, sodass der Verlust nicht offensichtlich ist. Bei der Ansteuerung von LEDs mit hoher Helligkeit mit einem Strom von mehreren hundert mA oder sogar mehr wird der Verlust des Stromkreises zu einem ernsthaften Problem. Das Schaltnetzteil ist derzeit das effizienteste Energieumwandlungsgerät und kann Folgendes erreichen:
