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配電開關(guān)在LED應(yīng)用中的技術(shù)分析

發(fā)布時(shí)間:2012-02-15

中心議題: 解決方案:
  • 采用MIC2007驅(qū)動(dòng)LED燈
  • 采用不同的電阻器組合,來(lái)調(diào)節(jié)LED的光強(qiáng)度

高功率LED正越來(lái)越多地被運(yùn)用于各種領(lǐng)域,包括汽車照明、照相手機(jī)閃光燈、舞臺(tái)燈光、場(chǎng)所照明、夜景照明、閃光燈、自行車燈和汽車行駛燈。本文將討論在LED應(yīng)用中采用配電開關(guān)的各個(gè)技術(shù)問(wèn)題。

當(dāng)前,限流配電開關(guān)是設(shè)計(jì)者用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED的最好選擇之一。這是因?yàn)榕潆婇_關(guān)操作簡(jiǎn)單,而且能夠更好地控制對(duì)系統(tǒng)各種負(fù)載的配電。它的功能很簡(jiǎn)單:在開關(guān)開啟狀態(tài)下,允許電流流向負(fù)載,在開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)下,阻止電流流向負(fù)載。

這種開關(guān)還具有限流功能,也就是說(shuō),當(dāng)開關(guān)開啟時(shí),負(fù)載的最大電流就等于開關(guān)設(shè)定的電流限制值。這個(gè)限流功能正是設(shè)計(jì)一個(gè)恒流LED驅(qū)動(dòng)器所必需的。

為什么設(shè)計(jì)者會(huì)如此需要以恒流驅(qū)動(dòng)LED呢?因?yàn)榱鬟^(guò)LED的電流保持恒定狀態(tài)時(shí),LED的光強(qiáng)度也是恒定的,即便在流過(guò)LED的電壓改變的情況下也不會(huì)改變。這是各種要求穩(wěn)定的光強(qiáng)度的應(yīng)用所必需的。

圖1展示了MicrEL公司MIC2007型限流配電開關(guān)圖例。

在所有限流開關(guān)中,MIC2007的功率-封裝比是最高的,而電阻則一般僅為77mΩ。

以配電開關(guān)作為恒流LED驅(qū)動(dòng)器

圖2展示的是輸出和LED相連的配電開關(guān)。MIC2007可以在2.5V-5.5V的輸入電壓下工作。它是通過(guò)外置電阻器Rset來(lái)設(shè)定限流值的。限流值等于CLF/Rset,CLF為限流因數(shù),一般是245(請(qǐng)參考MIC2007數(shù)據(jù)表暨電氣性能表),而Rset 則等于0.7 kΩ。因此,限流值就是245/0.7 kΩ = 350 mA。
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當(dāng)開關(guān)打開時(shí),LED會(huì)試圖吸收盡可能大的電流,但由于開關(guān)的限制,最大只能為350mA。因此,只要開關(guān)打開,而且開關(guān)輸入電壓(Vin)在2.5V-5.5V的范圍之內(nèi),流過(guò)LED的電流就能一直保持在350mA。

有了限流開關(guān),LED的限流值就能通過(guò)改變Rset電阻器的值來(lái)在200 mA到2 A之間調(diào)整。如此寬的一個(gè)限流值范圍,可以適用于各種高功率LED,并使之能用于各種應(yīng)用。

這一IC帶有Cslew管腳,Cslew和Vin之間的電容器通過(guò)它來(lái)連接。Cslew電容器可以用來(lái)延長(zhǎng)LED的開啟時(shí)間。同時(shí),它還帶有一個(gè)內(nèi)置負(fù)荷放電晶體管(P-channel FET)。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí),這個(gè)FET會(huì)放出輸出電流。

在某些應(yīng)用中,需要逐漸開啟和關(guān)閉LED,以使得觀眾不會(huì)因?yàn)楣庹諚l件的突然改變而短暫性失明。圖3就展示了一個(gè)可以任意設(shè)定開啟時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間的方案。


在這里,開啟的輸入和Vin是相關(guān)的,而對(duì)開啟和關(guān)閉的控制則是通過(guò)給Ilimit管腳發(fā)一個(gè)5 V的信號(hào)來(lái)完成(圖3中沒(méi)有顯示Cslew管腳)。

要算出圖3中電路的限流值,需把0.5 kΩ和0.2 kΩ(3.33 kΩ和0.212 kΩ電阻器的等效電阻)相加,得出0.7 kΩ。這樣的話,限流值就是245/0.7 kΩ = 350 mA。另外,通過(guò)一個(gè)680 μF的電容器值,開啟和關(guān)閉時(shí)間被設(shè)定在300 ms。這個(gè)時(shí)間是這樣計(jì)算出來(lái)的:2.2 x R x C = 2.2 x 0.2 kΩ x 680 μF = 300 ms。其結(jié)果如下圖4中所示。

圖4中通道1是加到Ilimit上的0 5 V信號(hào),而通道4則是通過(guò)LED的電流(Iled; 開啟時(shí)間= 關(guān)閉時(shí)間= 300 ms)。
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MIC2007可以在開關(guān)開啟且LED已點(diǎn)亮之后調(diào)節(jié)限流值。而通過(guò)改變限流值,就可以動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)LED的光強(qiáng)度。如圖5所示,有4個(gè)電阻器連接到Ilimit管腳。

如果4個(gè)電阻器的電阻值一致,LED光強(qiáng)度就可以有4個(gè)不同等級(jí)。將幾個(gè)電阻器連接到Ilimit管腳上,就能獲得幾個(gè)等級(jí)的LED光強(qiáng)度。

如果電阻器的電阻值不同,則可以通過(guò)采用不同的電阻器組合,來(lái)調(diào)節(jié)LED的光強(qiáng)度。比如,如果電阻值為R, R/2, R/4, R/8和R/16的5個(gè)電阻器都被采用,那么組合R, R/2 和R/4三個(gè)電阻器時(shí)LED的光強(qiáng)度就更低,而組合R/4, R/8和R/16三個(gè)電阻器時(shí)LED的光強(qiáng)度就更高。

Micrel公司的MIC2000系列限流配電開關(guān)可以允許最大2A的電流流向負(fù)載,這樣大的電流足夠用于系統(tǒng)中的大部分負(fù)載。限流配電開關(guān)可以給目前眾多設(shè)計(jì)人員都在使用的高功率LED提供負(fù)載,以滿足當(dāng)今市場(chǎng)中各種照明應(yīng)用日益增長(zhǎng)的要求。
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