高亮度LED照明的应用解决方案

相对传统的卤素低压照明，采用高亮度LED作为室内装饰灯、景观照明、街灯照明具有很多好处。高亮度LED能以更小的功率消耗提供更大的亮度，具有节能、环保、使用成本低的特性。例如，Cree公司的XLamp XR-E LED仅需1W功率就能提供100流明的亮度，只需少于80个的XR-E LED便能达到一般街灯照明的要求。此外，由于XLampLED的寿命比较长，所以LED灯并不需要昂贵的灯泡更换，从而可以降低街道照明设备的总成本。

 

高亮度LED照明设计的最大难题是散热。一般照明应用需要将数个或者大量的LED放在一个模组中以达到所需的亮度。多个LED集中在有限的空间中将造成散热困难。通过选择高质量的解决方案并进行合理的电子设计和热控制，可以解决散热问题。艾睿电子提供全面的、高质量的高亮度LED照明应用解决方案，本文将重点介绍MCU、LED驱动器和保护元件在高亮度LED照明中的应用。

 

MCU可为LED照明的调光、消除低频闪烁、维持恒流提供智能控制。一般而言，LED都有非线性的V-I特性，需要电流限制功能来防止功耗超出最大预算，因此稳定的电流源是驱动LED的最理想电源。艾睿电子基于飞思卡尔的8位微控制器MC9RS08KA2设计出的LED稳定恒流源方案(如图a所示)，可以通过不同的电流设定来实现一个设有光暗控制的小型LED光源。整个方案的实现很简单，其主要特点包括：具有350mA电流驱动能力的高光度LED驱动器；通过控制降压转换器来调节电源电压以配合不同LED的前置电压要求；高至80%的效率；内部生成PWM开关频率；通过电流感应电阻器来实现LED上的回馈控制；单键式光暗控制。

 

图：(a) 基于飞思卡尔的MCU MC9RS08KA2的LED恒流驱动电路；(b) IR公司的IRS2540的典型应用原理图。

 

降压转换器可以通过3个Ni-NH电池和1个锂离子电池驱动1个高亮度LED驱动器，它可以提供3~4V输出电压以及最高为1A的输出电流。大部分基于降压转换器的LED驱动电路只需要3~6个外部元件，电路非常简单。中等电压LED驱动器具有灵活的输入电压和输出电压，由于输出电流非常大，这些驱动器可以驱动一个以上的高亮度LED串或者阵列。高电压LED驱动器可以直接连接普通离线输入(85~265V)上，可以提供非常高的电流和电压。基于高电压LED驱动器的大部分设计都采用非隔离连接，比隔离式设计具有更高效率。

 

国际整流器公司(IR)的IRS2540和IRS2541为高压高频降压稳压器控制IC，特别适合于需要配备多个LED电路或具有DC/DC混色能力的AC/DC离线非隔离应用。IRS2540和IRS2541额定电压为200V或600V，它们内部采用一个连续模式延时型迟滞降压稳压器，利用精确的片载带隙参考值，将平均负载电流误差控制在5%以内。外部高端自举电路以最高可达500kHz的频率驱动降压元件。图b所示为IRS2540的典型应用原理图。

 

当LED灯接错和误用时，会引起很大的过载电流和短路，将关键的电路进行隔离可避免昂贵的元件受损。人们常常利用PPTC器件来保护在启动时具有很大浪涌电流的电路。在不需要恢复的电路设计中，或者只在系统失效时才出现故障的场合，适合采用熔断器。泰科电子的nanoSMD和nanoSMD系列PolySwitch可恢复器件可以防止电流过大而造成损坏。它们不受启动电流的影响，工作电流范围从0.005~2.6A，其动作速度很快且在电路板上的安装电阻很小。

 

本文由艾睿电子有限公司供稿