LED电源设计指南

11LED照明灯具驱动电路设计技术《2009'LED通用照明驱动技术研讨会》主办单位：大比特资讯(广州)公司承办单位：《半导体器件应用》杂志社协办单位：中国LED网精华版2LED照亮2008奥运盘古广场LED显示屏鸟巢体育场地屏水立方奥运广场与水立方之间柱型信息屏鸟巢外墙灯光、LED灯具驱动工作原理；2、LED光源工作原理；3、LED灯具对驱动芯片的技术要求；4、LED灯具的低电压大电流驱动芯片；5、LED灯具的高电压中电流驱动芯片；6、AC隔离LED驱动技术7、常用LED灯具系统方案及电路分析；8、LED路灯驱动基本方案；9、AC直接驱动LED光源技术。¾LED高节能：节能能源无污染即为环保。直流驱动，超低功耗（单管0.03瓦-1瓦）电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上。¾LED长寿命：LED光源被称为长寿灯。固体冷光源，环氧树脂封装，灯体内也没有松动的部分，不存在灯丝发光易烧、热沉积、光衰快等缺点，使用寿命可达5万到10万小时，比传统光源寿命长10倍以上。¾LED利环保：LED是一种绿色光源，环保效益更佳。光谱中没有紫外线和红外线，热量低和无频闪，无辐射，而且废弃物可回收，没有污染不含汞元素，冷光源，可以安全触摸，属于典型的绿色照明光源。6LED灯具驱动工作原理AC/DCDC/DC-Buck-ConstantAC/ACÆAC/DCNon-isolated/IsolationAC220V/100VÆAC12V/24V/36VÆDC12V/24V/36VAC220V/100VÆAC70V/100V/150VÆDC70V/100V/150VLEDLEDLEDLED电压变换转换成恒流驱动源LED负载光源工作原理•LED光源工作的主要参数是VF/IF，其它相关的是颜色/波长/亮度/发光角度/效率/功耗。•VF正向电压是为LED发光建立一个正常的工作状态。•IF正向电流是促使LED发光，发光亮度与流过的电流成正比例。•LEDVF标称电压：3.4V±0.2V（WLED）。•LEDIF工作电流按应用需要选用，各挡不能混用。LEDLamp用各档LED电流：200-1400mA15-25mAIF工作电流大功率LED一般功率LEDWLED（VF=3.4V)二极管:1）小功率WLED：IF=15-25mA如IF=20mA草帽灯。。。2）大功率WLED：IF=200-1000mA如高亮功率WLED，1W/IF=350mA，3W/IF=700mA；3）功率LED管芯按特殊要求绑定的WLED；大功率照明用LED其封装从成品来看是单颗芯片的，其实是用N颗LED管芯封装在一个单位里的。它们的排列组合是串并联，它们是N个串联，再N个并联，然后由二点联接电源。10LED灯具对低压驱动芯片的要求•驱动芯片具备性能良好、高度集成的DC/DC-Buck→ConstantCurrent功能。•驱动芯片的标称输入电压范围应当满足DC6-40V，以覆盖应用面的需要，耐压如能大于45V更好.•驱动芯片的标称输出电流要求大于1.2-1.5A，满足1W、3W照明用LED需求的工作电流。LED照明灯具选用的驱动IC必需有足够的电流输出，设计产品时必需使驱动IC工作在满负输出的70-90%的最佳工作区域。•驱动芯片的输出电流必需长久恒定，LED才能稳定发光，亮度不会闪烁；同一批驱动芯片在同等条件下使用，其输出电流大小要尽可能一致，也就是离散性要小。•驱动芯片的封装应有利于驱动芯片管芯的快速散热。•驱动芯片本身的抗EMI、噪音、耐高压的能力也关系到整个LED灯具产品能否顺利通过CE、UL、FCC等认证，因此驱动芯片本身在设计伊始就要有优秀的拓扑结构和高压的生产工艺。•驱动芯片自身功耗要求小于0.5W，开关工作频率要求大于120KHz，以免工频干扰而产生可见闪烁。~24VCINLEDPT4115PWMRSD1D3D4D2VIN1W×3LD5GNDDIMCSNSW整流电流设定续流电感续流二极管滤波电容驱动芯片的封装应有利于驱动芯片管芯的快速散热。如将管芯（Die）直接绑定在铜板上，并有一Pin直接延伸到封装外，便于直接焊接在PCB板的铜箔上迅速导热。如在一个类似1.5X1.2mm的硅片管芯上，要长时间通过300-1000mA的电流，必然有功耗，必然会发热，芯片本身的物理散热结构也是至关重要的。Rs=0.1/ILED的特性•高度集成DC/DC-Buck→ConstantCurrent功能。•采用抖频技术有效降低EMI。•频率抖动技术(FrequencyJitter)是一种从分散谐波干扰能量着手解决EMI问题的新方法。频率抖动技术是指开关电源的工作频率并非固定不变，而是周期性地由窄带变为宽带的方式来降低EMI，来减小电磁干扰的方法。•Vin=6-30V，击穿电压45V；Iout=1.2A。•反馈电压100mV，RS损耗业界最小，功率开关导通电阻Rsw为0.6欧姆，也比较小，效率比较高，效率高达97％。•输出电压越高，效率越高，3颗1W串联比1颗3W效率高。•DIM调光由高向低调光，安全可靠。•内部含有过温保护功能，外部可以设计过温保护，对LED有双重保护。•±3％输出电流精度。•LED开路保护•采用SOT89-5封装，热阻仅为45℃/W，驱动芯片管芯直接铜板有利于的快速散热。•周边应用电路简约，仅四个元器件，应用成本低。应用：MR11、MR16、水底灯、洗墙灯、泛光灯、应急灯、草坪灯、路灯、隧道灯、警灯、台灯、轿车顶灯、公交车顶灯、医用LED灯。。。14LED灯具的温度保护PT4115PT4115VINCSNSWDIMGNDRSLCINVIND0.13Ω47uH4.7uFNTCDIM端内部是一个200K上拉电阻（Rup）接到内部5V电源。DIM端的电压由Rup和NTC分压决定，利用模拟调光的原理以及温度对LED电流的负反馈实现动态温度控制。NTC也可以由二极管来实现，或者二极管串热敏电阻等方法。PT4115¾提供可用于生产的MR16PCB版图外部元器件选择正向压降尽可能低的肖特基二极管，可有效地降低系统功耗。电流能力一定要满足应用，原则上大于1.5*Iout*Vout/(0.8*Vin)。整流二极管DCR越小，效率越高。选用EPC13锰锌4000磁芯。选用额定电流大于工作电流的1-1.5倍。输出电流小于400mA68-100uH(饱和电流0.6A)输出电流在400mA到800mA47-68uH(饱和电流1.2A)输出电流在800mA到1200mA33-47uH(饱和电流1.8A)L导通压降低于0.30V的肖特基二极管，可以提高系统效率；输出电流大于400mASS24输出电流小于400mASS14D有续流储能和滤波的功能，电容量不宜太小；输出电流大于400mA100uF(工作电压50V)输出电流小于400mA100uF(工作电压50V)CinRS=0.1/ILED，比如要输出350mA，则RS=0.1/0.35=0.2857OHM精度大于1%RSPT411518PT4115用于MR16快速推广模式可用于生产DEMOPCB光板+样片200-1K小批量生产2-30K批量生产推广流程推广周期第1周第5/6周第3/4周第2周推广材料成本DEMORMB3.20PCBX20RMB6.00PT4115X20RMB32.00SS14X50.45CinX10.10RsX10.05LX10.60PCBX10.30PT41151.60批量销价@RMB1.60------------2009原始推广周期第1周送样设计电路设计PCB采购零件第5/6周小批试样采购零件第8/9周小批试产采购零件快速推进缩短周期向客户提供实用电路图可用于生产PCB版图Alec开关电源220V/24V-30VDC24-30V降压/恒流3-7个1WLED串联3串并联3-7个1WLED串联：ΣVF=3.4XNIF=350mAVin-ΣVF=1.5V3串并联:ΣIF=3X350mA=1050mA系统设计可采用N组合适用于：路灯、水底灯、洗墙灯、泛光灯、隧道灯。。。20PT4115应用技术要点•AC/DC电流源要足够大；•所有周边器件自身的功耗要尽可能小；•确认Vin与负载电压的需求；•Rs应按LED的电流大小设计，RS=0.1/ILED；•LED电流小于400mA，L选用68-100uH(饱和电流0.6A)；电流在400mA到800mA，L选用47-68uH(饱和电流1.2A)；L的输出电流=需用电流X1.5;•L选用锰锌4000磁芯；•Cin有续流储能和滤波的功能，电容量不宜太小；•整流和续流二极管选用正向压降尽可能低的肖特基二极管，可有效地降低系统功耗；•PCB铜箔与PT4115的ExposedPAD和GND的接触面积面积要尽可能大，以利散热。市场竞争状况量产品牌效应比较好￥5.00~￥6.00Zetex1360量产价格低一般￥1.50~￥1.60矽恩SN3350已停产价格低尚可￥1.50PT410508/7量产价格中、输入电压宽、输出电流大好￥2.00~￥2.50PT4115量产价格低一般￥1.30~￥1.50士兰SB42511量产价格低一般￥1.50~￥1.60普诚CPTC6903量产品牌效应比较好￥3.00~￥4.40Zetex1350状态优势性能最终用户价产品型号PT41152008-82009-322较高电压LED照明驱动IC照明驱动华润矽威专利的补偿峰值电流控制,提供恒定LED电流未补偿时LED电流波形补偿后LED电流波形PT410724PT4107通用型高亮LED驱动•PT4107是一款针对高功率LED照明市场趋势开发，输入电压既可为传统的110V/220V交流电压又可为18V以上到数百伏直流电压的PWM恒流控制器。它以独特的电路结构，采用峰值电流检测为大功率LED提供恒定的供电电流。另外，PT4107还为使用者提供良好的调光措施（SW1:5K的可调），并为系统提供了安全可靠的过流、过温保护，提高了整个系统的可靠性。整体供电效率可达80％以上，每个PT4107可以驱动30串、多并的LED组合，达到了高效低成本的驱动要求。通用LED驱动器110V/220V交流电压或高电压直流输入。华润矽威专利的补偿峰值电流控制提供恒定LED电流。特点：•高效率：典型为85-88％；•毫安级到安培级的输出应用；•低频可变占空比的数字脉冲调光功能和线性调光功能；•多达上百个LED的串/并联使用；•内部集成频抖功能改善EMI；•外部设定LED过温保护功能；应用：离线式LED驱动、LED日光灯、LED环境照明、LED交通信号灯、LED庭院灯、LED路灯。。。26全电压20W日光灯开关恒流源方案图非隔离方案!镇流电感续流二极管频率设定PT410722串15并28几个关键技术数据设计•抗浪涌的NTC•EMC滤