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首页高效LED驱动电源设计:成本优化与跨领域协作
在"高效的LED驱动电源设计方案"中,讨论了在现代照明领域,特别是LED照明设计中,如何实现理想电源的挑战。LED驱动器的设计目标包括低成本、高效率和紧凑的空间占用,因为传统照明技术已经成熟,价格竞争激烈。设计师面临的关键问题是资金的有效利用,每一部分预算都需要精心规划。 在这个新兴的半导体照明行业中,具备电力电子学、光学和热管理学多领域知识的系统工程师或整体产品工程师变得尤为重要。这些工程师需要具备跨学科的技能,既能理解电子控制,又能掌握光学和热管理原理,以便优化LED的性能和散热。 设计过程中,系统工程师可能会将原有的专业领域习惯带入,例如过分关注电压或电流的精确控制,这在处理如FPGA和DSP这类数字负载时可能会成为问题。因为这些负载通常需要较低的电压,这就要求驱动器设计者更加注重电路的灵活性和适应性,以满足不同负载的需求。 LED驱动器设计中的常见误区包括依赖仿真而不进行实际测试,这可能导致布局问题和理论与实际操作不符。在标准电源设计中习以为常的做法,如对恒压源的处理,虽然在某些情况下适用,但在LED驱动器设计时需要根据其特性进行调整,比如处理宽输入电压范围和多种电源连接方式。 高效的LED驱动电源设计方案需要结合电力电子学、光学和热管理的深入理解,同时摒弃过于刻板的思维方式,灵活应对各种负载需求,并且强调实验验证的重要性,以确保最终产品的性能、成本和尺寸效益。
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高效的高效的LED驱动电源设计方案驱动电源设计方案
导读:在进行LED驱动器设计时理想的电源是成本不高,效率能到达100%,并且不占用空间,事实上它面对更大
的预算压力,因为传统的照明技术已经完全实现了商品化,其价格已经非常低廉。所以,花好预算下的每一分
钱都非常重要。 半导体照明这一新兴领域的出现,使同时专长于电力电子学、光学和热管理学(机械工
程)这三个领域的工程师成为抢手人才。目前,在三个领域都富有经验的工程师并不很多,而这通常意味着系
统工程师或者整体产品工程师的背景要和这三大领域相关,同时他们还需尽可能与其他领域的工程师协作。系
统工程师常常会把自己在原有领域养成的习惯或积累的经验带入设计工作中,这和一个主要研究数字系统的电
子工程师转去解
导读:在进行导读:在进行LED驱动器设计时理想的电源是成本不高,效率能到达驱动器设计时理想的电源是成本不高,效率能到达100%,并且不占用空间,事实上它面对更大的预算压力,并且不占用空间,事实上它面对更大的预算压力,
因为传统的照明技术已经完全实现了商品化,其价格已经非常低廉。所以,花好预算下的每一分钱都非常重要。因为传统的照明技术已经完全实现了商品化,其价格已经非常低廉。所以,花好预算下的每一分钱都非常重要。
半导体照明这一新兴领域的出现,使同时专长于电力电子学、光学和热管理学(机械工程)这三个领域的工程师成为抢手
人才。目前,在三个领域都富有经验的工程师并不很多,而这通常意味着系统工程师或者整体产品工程师的背景要和这三大领
域相关,同时他们还需尽可能与其他领域的工程师协作。系统工程师常常会把自己在原有领域养成的习惯或积累的经验带入设
计工作中,这和一个主要研究数字系统的电子工程师转去解决电源管理问题时所遇到的情况相似:他们可能依靠单纯的仿真,
不在试验台上对电源做测试就直接在电路板上布线,因为他们没有认识到:开关稳压器需要仔细检查电路板布局;另外,如果
没有经过试验台测试,实际的工作情况很难与仿真一致。
在设计LED灯具的过程中,当系统架构工程师是位电子电力,或者电源设计被承包给一家工程公司时,一些标准电源设计
中常见的习惯就会出现在LED驱动器设计中。一些习惯是很有用的,因为led驱动器在很多方面与传统的恒压源非常相似。这
两类电路都工作在较宽的输入电压范围和较大的输出功率下,另外,这两类电路都面对连接到交流电源、直流稳压电源轨还是
电池上等不同连接方式所带来的挑战。
电力电子工程师习惯于总想确保输出电压或电流的高度,但这对LED驱动器设计而言并不是很好的习惯。诸如FPGA和
DSP之类的数字负载需要更低的电压,而这又要求更严格的控制,以防止出现较高的误码率。因此,数字电源轨的公差通常
会控制在±1%以内或比它们的标称值小,也可用其数值表示,如0.99V至1.01V.在将传统电源的设计习惯引入LED驱动器设计
领域时,通常带来的问题是:为了实现对输出电流公差的严格控制,将浪费更多的电力并使用更昂贵的器件,或者二者兼而有
之。
成本压力 成本压力
理想的电源是成本不高,效率能达到100%,并且不占用空间。电力电子工程师习惯了从客户那里听取意见,他们也会尽力
量去满足那些要求,力图在的空间和预算范围内进行系统设计。在进行LED驱动器设计时也不例外,事实上它面对更大的预算
压力,因为传统的照明技术已经完全实现了商品化,其价格已经非常低廉。所以,花好预算下的每一分钱都非常重要,这也是
一些电力电子设计师工程师被老习惯“引入歧途”的地方。
要将LED电流的度控制到与数字负载的供电电压的精度相同,则会既浪费电,又浪费成本。100mA到1A是当前大多数产
品的电流范围,特别是目前350mA(或者更确切地说,光电半导体结的电流密度为350mA/mm2)是热管理和照明效率间常采
纳的折衷方案。控制LED驱动器的集成电路是硅基的,所以在1.25 V的范围内有一个典型的带隙。要在1.25V处达到1%的容
差,亦即需要±12.5mV的电压范围。这并不难实现,能达到这种容差或更好容差范围的低价电压参考电路或电源控制IC种类繁
多,价格低廉。当控制输出电压时,可在极低功率下使用高精度电阻来反馈输出电压(如图1a所示)。为控制输出电流,需
要对反馈方式做出一些调整,如图1b所示。这是目前控制输出电流的且简单的手段。
图1a:电压反馈; 图1b:电流反馈
深入研究之后,就会发现这种做法的一个主要缺点是:负载和反馈电路二者是完全相同的。参考电压被加在与LED串联的
一个电阻上,这意味着参考电压或LED电流越高,电阻消耗的功率越大。所以,代专用LED驱动集成电路的参考电压要远低于
现在的产品,这类似于电池充电器。电压更低意味着功耗更低,也意味着更小、更便宜、更低损耗的电流检测电阻。在图1b
所示的简单的低端反馈环境下,200mV是常规的电压选择。但是,要在200mV参考电压下实现±1%的容差,则需要一个价格
很高的集成电路,此时相对于标称参考电压的容差为±2mV.尽管这并不是不可能实现的,不过更高的精度需要更高的成本。
±2mV的容差需要高精度电压参考所需的生产、测试和分档技术,此时,附加成本应花费在更智能的LED驱动器上。新的费用
的价值是增加了一个反馈回路,借助该回路,可以利用光输出(而非电流输出)来控制如何驱动LED.
测量光输出 测量光输出
就像数字产品设计师在电源设计中遇到不确定问题时会采取仿真解决问题那样,电力电子工程师出身的系统架构师在进行
LED灯具设计时会想到高精度的输出。LED制造商已经清楚的表明,光通量与前向电流成正比。利用相同的电流驱动所有
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