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LED照明和太阳能充电的技能应战及解决方案w66利来国际老牌

2018-09-04 20:53

  LED照明和太阳能充电的技能应战及解决方案

  作为一种既环保又节能的处理计划,LED照明在轿车、家庭、办公楼、酒店、机场和路灯等广泛的运用场合找到了自己的用武之地。但它的大规模商用除了还要战胜本钱妨碍以外,还需求处理调光闪耀、散热、颜色均匀性等技能难题。此外,对清洁动力的重视和太阳能电池板本钱的下降,也带动了当时业界的太阳能商用热潮。为了协助读者更快更好地掌握这一商机,特别约请到了Linear电源专家Tony Armstrong来共享他的独到见解。

  Linear电源专家Tony Armstrong

  问:选用PWM或模仿调光时,怎么消除LED的光闪耀现象?

  答:面临高功率、高亮度LED普及率的日益前进,电子照明规划师有必要供给高效、精确和简略的LED驱动处理计划。因为高功率照明灯(如轿车前照灯或大型LCD显示器背光源)完成了与商用化串联LED阵列的互换性,因此使得此项使命变得愈加困难。

  传统上,运用精确的电流来驱动高功率LED串与完成简略性和高功率这两者之间是相冲突的,一般需求选用某种功率低下的线性稳压器计划或愈加精密杂乱的多IC开关稳压器装备。此外,保证每个LED具有均匀的亮度且不发作任何闪耀也成为了首要的规划妨碍。

  人们遍及承受的LED亮度操控办法有两种,即模仿调光和PWM数字调光。当选用模仿调光时,LED电流的调理规模在某个最大值至该最大值的约10%之间(10:1调光规模)。因为LED的色谱与电流有关,因此这种办法并不适合于某些运用。但是,PWM数字调光办法则是以某种快至足以掩盖视觉闪耀的速率(一般高于100kHz)在零电流和最大LED电流之间进行切换。该占空比改变了有用均匀电流,然后完成了高达3000:1的调光规模(仅受限于最小占空比)。因为LED电流要么处于最大值,要么被关断,所以该办法还具有可以防止发作LED色偏的长处,而在选用模仿调光时这种LED色偏现象是很常见的。

  问:大功率LED照明的散热问题应该怎么处理?

  答:两种用量最大、功率最高的LED照明运用是大屏幕LCD TV显示器的反面照明和轿车前照灯。您无妨看看Lexus(雷克萨斯)、Audi(奥迪)、乃至GM(通用)公司的Cadillac Escalade所运用的规范LED轿车前照灯。一切这些轿车的整体照明结构均很类似。每个轿车前照灯包含5种专为各种照明要求而优化的LED供电光束,包含:近光灯、远光灯、转弯辅佐灯、昼间行进灯和转向信号指示灯。

  规范LED照明光束一般将需求35W至50W的供电功率。这或许看似不是许多的功率;但是,w66利来国际老牌。LED供给的亮度却达到了HID卤素灯的10倍,因此LED的光输出就相当于500W的卤素灯。远光灯所需的功率一般与规范照明光束相同或略为高一点,而转弯辅佐灯、昼间行进灯和转向信号指示灯所需的功率则较低。不过,该整体轿车前照灯会耗费200W以上的电能,因此有可能发作严重的热功率耗散问题。这的确不是什么功德,因为跟着作业温度的升高,LED的光输出和作业寿数将敏捷下降。

  处理该散热问题办法有许多种。一种是添加很多的散热器以把热量从照明灯移走。但是,这会发作另一组问题,包含因为散热资料的运用而导致的本钱和分量的添加。处理这一问题最有用的办法是选用一个具极高功率的驱动器(功率>93%) 来最大极限地削减LED驱动电路的热耗散。这并不像听起来那么困难,原因是一个50W的远光灯一般可由14个串联的1A LED组成。因为整个温度规模内的正向电压降约为每个LED 4V,因此升压转换器LED驱动器拓扑结构可以以93%的功率将12V的标称电池电压提高至刚好超越56V。这使得仅需耗散3.5W的功率,关于该功率耗散值,在安装了LED轿车前照灯的印刷电路板内布设低等级的铜散热器便可轻松地满意要求。

  问:用太阳能电池板收集来的电能对蓄电池进行充电时,要害的规划应战有哪些?

  答:作为在商业和住所环境中均具实用性的一种发电办法而言,太阳能电池板现已被人们所广泛承受。但是,虽然在技能方面取得了前进,太阳能电池板的造价仍然很贵重。这种昂扬的本钱有很大部分来自于电池板自身,这儿,电池板的尺度 (因此也包含其本钱) 将跟着所需输出功率的添加而添加。因此,为了造就外形尺度最小、本钱效益性最佳的处理计划,最大极限地提高电池板功用是很重要的。

  一般来说,太阳能电池板所获取的能量用于给电池充电,电池的储能反过来将在没有阳光照耀的状况下为终端运用电路的操作供给支撑。如欲完成太阳能电池充电器的最佳规划,则必需对太阳能电池板的特性有所了解。首要,因为具有很大的结合区,因此太阳能电池板会发作走漏,在漆黑条件下电池将经过电池板放电。并且,每块太阳能电池板都具有一个具最大功率点的特征IV曲线,所以,当负载特性与电池板特性不相匹配时,能量提取将有所削减。抱负的状况是:电池板将在最大功率点上被继续加载,以充分地运用可用的太阳能,并由此最大极限地减缩电池板本钱。

  一般状况下,可以选用一个与电池板相串联的肖特基二极管来处理电池板的走漏问题。反向走漏被减小至一个很低的数值;但是,肖特基二极管的正向电压降 (它在高电流条件下会耗费很多的功率) 仍然会形成能量丢失。因此,需求选用贵重的散热器和精密的布局来把肖特基二极管坚持于低温状况。处理该功率耗散问题的一种愈加有用办法是用一个根据MOSFET的抱负二极管来代替肖特基二极管。这将把正向电压降减小到低至20mV,然后显著地削减功耗,一起下降散热布局的杂乱性、外形尺度和本钱。走运的是,因为现已有一些IC供货商制作出了具有这种规范的抱负二极管 (比方:由凌力尔特公司供给的LTC4412),因此上述方针得以轻松完成。

  不过,有两个问题仍然存在,即:至满充电电池的起浮电压操控和在最佳发电点给电池板加载。这些问题常常可以经过选用一个开关形式充电器和一个高功率降压型稳压器来加以处理。

  凌力尔特现已开发出了这样一款电路,它由LTC1625 No RESNSE(无检测电阻器)同步降压型操控器、LTC1541微功率运算放大器、比较器和基准、以及LTC4412抱负二极管组成。下面给出了该电路以供参阅:

  图1中的电路被置于太阳能电池板和电池之间,用于调理电池起浮电压。根据LTC1541的附加操控环路强制充电器在最大电池板功率点上运作。这种功率的提高减缩了所需的电池板尺度,因此下降了整体处理计划的本钱。当电池板峰值电源电压和电池电压之间存在失配时,这款电路的重要长处体现得尤为杰出。

  图1:峰值功率盯梢降压充电器最大极限地前进了功率

  
问:Linear供给了哪些共同的处理计划来处理以上规划应战?

  答:为了满意LED驱动以及太阳能电池板电池充电器的规划需求,凌力尔特供给了各式各样的产品。LT3595、LT3518和LT3755就是其间一些产品。

  此类产品和LED驱动器IC的一个实例是凌力尔特的LT3595降压形式LED驱动器,它具有16个独自的通道,每个通道可以从高达45V的输入来驱动一个由多达10个50mA LED所组成的LED串。每个通道可用于驱动10个串联LED以供给部分调光。所以,每个LT3595都可以驱动多达160个50mA白光LED。一台46英寸LCD TV将需求为每部HDTV配用约10个LT3595。它的16个通道均可以独立操控,并具有一个可以供给高达5000:1 PWM调光比的独自PWM输入。

  每个通道只需求一个纤巧的片式电感器和一个乃至愈加细巧的陶瓷输出电容器。所需的其他元件仅为单个输入电容器和电流设定电阻器 (图2)。一切16个通道的箝位二极管、电源开关和具补偿功用的操控逻辑电路都被压缩在LT3595的相对较小56引脚、5mm x 9mm QFN封装之内。

  图2:一个从45V输入来驱动160个白光LED的16通道LED驱动器。PWM调光比为5000:1。

  大多数电池供电型便携式产品均具有一个或多个显示屏,用于向用户传递图形信息。但是,TFT-LCD显示屏 (乃至OLED屏) 的供电需求体系规划师给予特别的重视。为了完成TFT-LCD屏的正确供电,一个DC/DC转换器必需求可以以正确上电和断电排序来供给三个独立的输出电压,即:AVDD、VON和VOFF。凌力尔特知道到了这一点,并开发出了专门针对该用处的专用单片式DC/DC转换器。最新推出的一款器材是咱们的LT3513。该转换器具有5个独立受控的稳压器,用于供给一个TFT-LCD屏内部一切必要的电源轨。

  其降压型稳压器可以为逻辑电源轨运送高达1.2A的接连输出电流。可以运用LDO操控器和一个外部NPN MOSFET发作一个较低电压辅佐逻辑电源。一个高功率升压型转换器 (ISW = 1.5A)、一个较低功率升压型转换器 (ISW = 250mA) 和一个负输出转换器 (ISW = 250mA) 供给了三个独立的输出电压,即:LCD屏一般需求的AVDD、VON和VOFF。一个集成高压侧PNP供给了VON信号的推迟接通,而显示屏维护电路则将在4个输出中的任一个低于其编程输出电压达10%以上时停用VON,然后起到维护TFT-LCD屏的效果。其他特色包含集成肖特基二极管、用于AVDD引脚的PGOOD引脚、输出断接以及用于降压型稳压器的电感器电流检测功用。

  LT3755/-1是一款60V、高压侧电流检测DC/DC操控器,专为从一个4.5V至40V的输入电压规模来驱动高电流LED而规划。LT3756/-1选用了相同的规划,但可以从6V至100V的输入来供给至100V的输出。这两款器材的-1版别均具有外部同步才能,而规范器材版别则用一个开路LED状况指示器代替了该引脚的功用。这两款器材都十分适合于很多的运用,包含轿车、工业和修建照明。

  关于那些需求高于40V输入电压 (比方:48V电源轨) 的运用,LT3756/-1将是优选的处理计划。LT3755/-1和 LT3756/-1均选用一个外部N沟道MOSFET,并可以从一个12V (标称值) 输入来驱动多达14个1A白光LED,然后供给了50W以上的功率。它们内置了一个高压侧电流检测电路,因此使其可以在升压、降压、降压-升压或SEPIC和反激式拓扑结构中运用。LT3755/-1和 LT3756/-1在升压形式中能供给超越 94% 的功率,然后免除了任何增设外部散热装置的需求。一个频率调理引脚答应用户在100kHz至1MHz的规模内设置频率,因此优化了功率,并最大极限地减缩了外部元件的尺度和本钱。再加上所选用3mm×3mm QFN封装或耐热功用增强型MSOP-16E封装,LT3755/-1和 LT3756/-1供给了一款十分紧凑的高功率LED驱动器处理计划。

  LT3755/-1和 LT3756/-1均选用了True Color PWM调光,这种调光办法供给了安稳的LED五颜六色和高达3000:1的调光规模。关于不太严苛的调光要求,可选用CTRL引脚来供给一个10:1的模仿调光规模。其固定频率、电流形式架构在一个很宽的电源电压和输出电压规模内完成了安稳的操作功用。一个参阅于地电压的FB引脚用作多个LED维护功用电路的输入,然后使转换器可以起一个安稳电压源的效果。

  (修改:xiaoyao)

  

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