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使用Boost和Buck-Boost完成LED驱动规划

本站为您提供的利用Boost和Buck-Boost实现LED驱动设计,不管我们是否要控制输出电压或输出电流,Boost调节器都要比Buck调节器更难设计。

  不论咱们是否要操控输出电压或输出电流,Boost调理器都要比Buck调理器更难规划。继续导通状况(CCM)Boost转化器中的均匀感应电流等于负载电流(LED电流)乘以1/(1-D),这儿D是占空度。Boost电压调理器需求规划者考虑到输入电压的约束来确保电感的正确规划,特别是额外峰值电流。

  关于低压相片来说,最通用的电压是12VDC、24VDC和12VAC。这些运用常常要用到一个Bulk调理器。尽管如前所述,Bulk是首选,可是在LED照明运用中,跟着LED数量的添加,Boost调理器也得到了越来越多的运用。规划者们不再满足于手电筒或许单个杯灯运用,而把目光投到大尺度通用照明和到达几千流明的照明体系。例如街灯、公寓和商业照明、体育场照明和修建表里装修照明。

  


带有Vo核算的Bulk和BoostLED驱动

 

  图1:带有Vo核算的Bulk和BoostLED驱动:buck:VO=nxVF,VOVIN。

  依然需求常电流

  好像线性和Buck衍生LED驱动相同,BoostLED驱动规划中的首要技能应战是要给阵列中的每个LED供应一个可控前向电流IF。抱负状况下,每个LED都有装置一个单组链来确保经过每个设备的电流都相同。当需求把输入DC电压提升到一个高DC输出电压的时分,Boost调理器是最简略的挑选,由于它答应在给定电压下串联更多的LED。

  通用照明体系规划者一般需求把线路电压规划成110VAC或许220VAC。假如功率因数校对(PFC)、阻隔和线路谐波滤波都不需求的话,那么单级非阻隔转化器(buck,boost,或各种buck-boost拓扑)就能够运用AC电压的校对输出来直接驱动长串的串接LED。

  可是,在许多情况下,咱们需求运用一个中心DC总线电压,它是由一个选用了通用AC输入而且PFC、阻隔和滤波的AC/DC调理器发生的。包含法令要求在内,一个低中心电压总线降低了电介质击穿和电弧问题,使修理人员的的作业更安全。

  欧盟提出了世界上最严厉的法令规则:任何高于25瓦的光源都要具有PFC。没有几年,北美和亚洲也做出了相同的规则。比如UL和CE这样的安全规范电气规则约束了供应boostLED驱动的AC/DC供电输出电压。一般电压规则为12和24V,有时是48V。这些中心电压总线很少超越60V,也便是ULClass2定为DC电压的最高值。

  Boost调理器

  不论咱们是否要操控输出电压或输出电流,Boost调理器都要比Buck调理器更难规划。继续导通状况(CCM)Boost转化器中的均匀感应电流等于负载电流(LED电流)乘以1/(1-D),这儿D是占空度。Boost电压调理器需求规划者考虑到输入电压的约束来确保电感的正确规划,特别是额外峰值电流。

  BoostLED驱动加了一个可变输出电压,这个电压影响了占空比,因而也影响了主电感器的电感值和额外电流。为了防止电感饱满,最大均匀值和电流峰值有必要由VIN-MIN和VO-MAX一起求出。例如,历数加工、驱动电流和模具温度,一个规范的白InGaNLED的VF能够从3V变到4V。串联的LED越多,VO-MIN和VO-MAX的距离就越大。

  不同于带有输出电感的Bulk调理器,Boost转化器有一个非继续输出电流。因而,输出电容需求输出电压要继续(输出电流也如此)。这儿,电压调理器中的输出电容被规划成兼有滤波器而且在负载瞬变时能够坚持输出电压,在电流调理中,它仅仅起到了相似一个AC电流滤波器的效果。电容值要尽量低,而且要与所期望的LED动摇电流坚持一致。输出电容越小(一起也能够尽量降低本钱和巨细),转化器对输出电流的回应就越快,这样LED的调光反响就越好。

  Boost转化器的别的一个严峻应战是操控环。Buck调理器答应电压形式的PWM操控、峰值电流形式的PWM操控、constant/controlledon-TIme以及其它的滞后操控。注意到处于CCM的Boost调理器(低功率、便携设备在外)的右半平面零和在操控开关封闭的时分还在向输出供电的特性,它们简直被限定在峰值电流形式PWM操控。要规划一个操控输出电流的BoostLED驱动,操控环有必要要把LED看作是负载来剖析,这与Boost电压调理器的典型负载十分不同。

  在峰值电流形式操控中,负载阻抗对DC增益和操控到输出转化函数的低频极点有很大影响。对电压调理器来说,负载阻抗由输出电压与输出电流的比值来决议。LED是个具有动态电阻的二极管。这个动态电阻只能经过做出VF(IF)曲线,然后用切线来找到期望的前向电流的斜率来决议。如图1所示,电流调理器运用负载自身来作为反应分频器来闭环。这就使DC增益降低了(RSNS/(RSNS+rD))倍。

  咱们趋向于用一个简略的积分器献身安稳带宽来补偿BoostLED驱动。事实上是大多数或许说许多LED驱动运用需求调光。不管调光是经过IF的线性调理(模仿调光)来完结,仍是经过高频翻开或堵截输出(数字或PWM调光)来完成,体系都需求像电压调理器完成的高带宽和快速瞬变回应。

  Buck-boost调理器

  照明用LED的开发要比固态光源规范的开展快得多。许多不同品种的LED具有许多不同的供电电压。串联的LED的数目、品种及其不同的加工和模具温度都发生了不同的输出电压。

  例如,高端轿车正在过渡到使用LED来作为日间行进灯。三个3瓦白色LED组成了一个12V1A的负载。轿车电压体系一般需求继续作业于9到16V,而且能够延伸到6到42V,使体系能够无损运转,可是其功能或许要有扣头。一般来说,Buck调理器是最好的LED驱动器,其次是Boost,可是在这个运用中,他们没有好坏之分。假如必定要用Buck-boost调理器,最难的决议便是选用哪种拓扑。

  任何拓扑的Buck-boost调理器和Buck调理器或Boost调理器的最基本的区别是Buck-boost从来没有把输入供电直接连接到输出。在一部分转化环中,Buck和Boost调理器把VIN连接到VO(经过电感和开关/二极管),这个直连使它们更有功率。

  一切的Buck-boost都把一切要传送给负载的能量贮存或许磁场(电感或变压器)或许电场(电容)中,这样就导致了电源转化中的高峰值电流或许更高电压。特别的一点是要考虑在输入电压和输出电压的角落,由于峰值转化电流发生在VIN-MIN和VO-MAX,可是峰值转化电压发生在VIN-MAX、VIN-MAX和VO-MAX。一般来说,这意味着具有一个这样的输出功率的Buck-boost调理器要比一个相同输出功率的Buck或Boost调理器更大且功率更低。

  单电感Buck-boost能够像Buck或Boost调理器相同组成,使它在体系本钱的视点来讲很吸引人。这种拓扑的一个缺陷是Vo被反置(图2a)或许以VIN为参照(图2b)。测平移动或许反偏电路有必要要用一些转化器。像boost转化器,它们有一个不接连输出电流,而且需求一个输出电容来保持一个继续LED电流。功率MOSFET要接受一个峰值为IIN加上IF的电流还有一个峰值为VIN加上VO的电压。

  


高端buck-boost(a);低端buck-boost(b)

 

  图2:高端buck-boost(a);低端buck-boost(b)。

  

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