先进的LED驱动电路设计

通过凯尔猎人 7个月前 没意见
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有抱负的电子设计师或工程师从事的首批项目之一是制造LED闪烁。用一个简单的电阻器来限制电流来完成这个任务是相对简单的。许多人认为这是LED控制的标准“终极”。对于简单的LED指示灯和低功率照明,像这样线性驱动LED很好,但许多应用需要不同的方法。在这篇文章中,我概述了一些常见的替代策略和一些非正统的方法,我们已经使用在过去的LED驱动电路。有关如何为大功率应用程序设计PCB的技巧,请参阅我们关于该主题的文章这里

主要的考虑因素

如何驱动LED的决定时,主要考虑的是多少功率损失如何是可以接受的。在电池供电的设备,这种功率损耗相当于减少电池寿命。在高功率LED应用中,它等同于产生的热。选择如何驱动LED之前,有您的设计多大的权力,您可以消散的想法。引导大多数的决定。

另一个重要因素是,你有多少不同的LED使用。不只是总量,但究竟有多少不同的颜色/类型?的多品种,越难以变得,因为它是很难从一条链到另一个匹配的正向电压。了解LED的总数量也是口述驱动电压串联运行它们是必不可少的。

从微控制器线性驱动

Atmega328P微控制器使用i/o线到LED的阳极,然后是220R电阻,然后到地。一个非常简单的LED驱动电路。

图1:最简单的LED驱动电路。低电流LED可以直接从微控制器I / O引脚来控制。

线性驱动器电路是任何消散以热的形式的所有多余的功率。这样做的最简单的例子是LED - 电阻器电路,如前面提到的。如果提供给LED的电流是最小的,那么它通常可以直接从微控制器引脚驱动,例如一个Arduino,如示于图1的任何线性LED驱动器电路的主要缺点是耗散过量的功率。同样至关重要的是,以确保有足够的电压“净空”电压能够驱动LED。

一个12V的电源轨道为5个led串联供电,然后给一个4R电阻供电。这是去一个n通道MOSFET,它的来源是绑在地面。

图2:线性控制的LED电路。R1需要从过电压中耗散所有的功率;选择的电阻器必须能够安全地耗散功率。

线性驱动器从MOSFET

图2示出由一个低侧N沟道MOSFET,以打开/关闭LED的控制的LED驱动电路。该FET还允许PWM调光。使用欧姆定律,并且用具有2V的正向电压每个LED:V = IR,12-(5 * 2)= I * 4,I = 0.5A。因此,这个简单电路的驱动电流为500mA的指示灯,适合高功率的发光二极管。下一步骤是计算功耗:P = I ^ 2 * R = 0.5 ^ 2 * 4 =P = 1W。耗散1W是很多关于单个电阻器,并且需要2512尺寸或更大的表面安装电阻器。

我们在线性LED电路中成功使用的另一种方法是分割限流电阻。不是使用单个4R电阻,而是使用两个2R串联使用,在它们之间平均分配功耗,使用1210个电阻代替。它也允许战略安置的电阻在板上,传播热量均匀。图6显示了如何分割电阻与不同的led工作。

线性驱动器从恒流源/驱动器

许多“集成”LED驱动器为LED线提供恒定电流。这些驱动器提供了电阻驱动电路所没有的许多方便。值得注意的是,这些驱动器仍然使用线性技术。这是至关重要的理解多少电力驱动将消散,并确保它落在一个安全范围。

给出了基于TPS92638的LED驱动电路。三股led连接到接地的驱动器上。司机的动力来自12V轨道。

图3:TI线性的LED驱动器。虽然这些驱动程序添加了很多的便利,他们并不比使用标准的LED电阻电路更有效。

图3示出了线性8个链LED驱动器的一个例子。驾驶者正在从以前的电路控制该LED的三股。温度限制驾驶者可以消耗的最大功率。随着100℃的最高温度,它可以围绕1.8W最大消散。该芯片也被限制在每链的最大70毫安的。为了计算在70毫安,每条链由芯片所消耗的功率:P = IV,P / 3 = 0.07 *(12-10),P = 0.42W。0.42W是很好的安全范围该芯片内,所以可以原样使用。如果功率过高,一种选择是将一个电阻每一条链上。只要电阻大小合适,它会消耗一定的功率,而芯片消耗的休息。当存在不平衡链长度在图4中示出的是特技是相当有用的。

给出了基于TPS92638的LED驱动电路。8节链被驱动时,与一条链仅具有4个LED。这股被与通过添加两个100R电阻与功耗的帮助有10个LED别人平衡。

图4:一个基于TI的线性LED驱动器。该芯片控制着8条LED链,其中一条比其他的短得多。两个100R电阻通过散热来平衡这条线。

恒定电流的开关LED驱动器

一种开关模式恒定电流LED驱动器的操作类似于一个线性驱动器,除了它使用开关形貌。该切换允许它以80%-90%的效率向上操作。开关驱动器的显著缺点是,他们往往是昂贵的。具有任何开关电源板载还引入不期望的开关模式噪声。

甲AL8860 siwtching LED驱动电路。三个LED从芯片驱动。

图5:一种AL8860基于电路的驱动器的三个LED非常有效。

图5示出了基于开关的LED驱动电路的AL8860。它驱动LED的单链从5V和40V之间的任何电压。根据提供的电压,并且LED的电压,该芯片能够高达97%的效率的当前周围1A的。在理想情况下,你可以在1A驱动的LED链,而不是从芯片瓦的十分之一散发更少!这是利用线性技术前面的例子实质上的差别。也有采取5V(例如)作为输入,并且可驱动LED链高达20V的降压 - 升压驱动器。他们往往无法做到高效的下拉稳压器,但它仍然是值得考虑的选择。

现实世界的LED驱动电路实例

我们已经使用了大获成功的用于驱动LED的一个不寻常的方法。它结合了线性驱动器和开关模式驱动器同时提供的好处。当有很多不同的LED颜色是特别有用。

例如,假设我们有100个LED以驱动在1安培每个,具有5点不同的颜色。输入电源是24VDC,与单独可控颜色。我们需要驱动器28米的红色(正向电压= 2.1V),20琥珀色(VF = 2.5V),10黄色(VF = 2.8V),22绿色(VF = 2.5V)和20白色(VF = 4V)。是的,这是一个极端的例子 - 无论是在功率要求,并在LED的数量 - 但我们最近设计了一个电路板与此类似

这是不少司机!

当在图1A驱动LED,以驱动它们的明显的第一选择是通过使用开关的LED驱动电路。即使用这种方法产生的一个问题是,在这种高功率,开关驱动器将只能够驱动每个单链。这意味着我们将需要大量的关于这款主板的驱动程序。船上的多个开关驱动器,更多的开关模噪声产生。分裂股给我们:

  1. 11红色,23.1 v
  2. 11红色,23.1 v
  3. 6 RED,12.6V
  4. 9 AMBER,22.5V
  5. 9 AMBER,22.5V
  6. 2 AMBER,5V
  7. 8黄色,22.4V
  8. 2黄,5.6V
  9. 8绿色,22.5V
  10. 8绿色,22.5V
  11. 6 GREEN,15V
  12. 5 WHITE,20V
  13. 5 WHITE,20V
  14. 5 WHITE,20V
  15. 5 WHITE,20V

在一个PCB上有15个不同的开关模式LED驱动程序的想法肯定会给任何有EMC经验的人带来噩梦!虽然完全有可能这样驱动它们,但它将需要广泛的滤波,以确保没有耦合开关模式噪声在电力轨道上。对于这个项目,一个大的散热器将在背面的板。虽然我们想限制热量的产生,但我们的设计有一定的灵活性。我宁愿对付炎热,也不愿对付15个开关!

驱动所有股线从24V将涉及功耗的巨额,更比可能,尤其是在短链。例如,链数6:P = IV = 1A *(24V-5V)= 19W。祝你好运找到一个标准的电阻器或线性驱动电源的散失19W!

另一种解决方案

我们决定是先直接从24V轨使用电阻器的线性驱动器驱动的长链。股线1,2,4,5,7,9,10,12,13,14,和15都是从24V驱动。白链耗散最多功率:P = IV =(24-20)×1 =P = 4W。使用2010尺寸的电阻器,其能够耗散每个2W(3502,CGS系列),3个1.3R电阻器用于在每条链上,其中每个电阻器耗散四周1.3W。其中一个链的在图6中所示的下方。

24V的驱动器4的白光LED线性使用三个1R3电阻散开的功率耗散。A N沟道MOSFET允许PWM和开/关控制。

图6:线性驱动使用24V轨LED电路。

绞线3,6,8,和11的左和太短直接从24V来驱动。我们所做的是使用两个开关降压稳压器的24V轨下拉到6V和16V的轨道。的16V轨直接驱动链3和11而6V轨驱动器6和8。

甲RT8279GSP开关调节器电路。使用铁氧体磁珠甲CLC滤波器是在24V输入侧。几个并联电容器上的输出侧。

图7:一种开关稳压器的电压下降至6V。注意在输入侧的CLC滤波器,以及大量的输出电容。这可以防止连接到任何其他的调节器的开关模式噪声。

图7示出了开关调节器电路掉落24V轨下降到6V。这6V轨然后驱动以完全相同的方式,在24V轨道上的LED。使用这种组合允许用于驱动一系列的LED具有不同的正向电压,同时最小化的车载开关稳压器的量。虽然LED驱动电路消耗功率的不可忽略的量,我们的应用程序允许它。

结论

它是不可能有“一个尺寸适合的”的方式与电路设计。驱动LED时也是如此。本文概述了可用于驱动LED的几种方法,根据不同的电路参数。如果需要高效率 - 无论是在电池寿命或散热 - 恒定电流开关的LED驱动器是显而易见的选择。如果简单是键,然后线性驱动方法可能是一个很好的选择,无论是使用电阻器,或一个专用的LED驱动器。在这里,在MicroType工程,我们有多年的复杂和困难的LED应用的经验。联系我们看看我们可以如何帮助您的下一个设计!

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