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LED 光源工作原理及关键技术介绍

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LED 光源工作的主要参数是VF、IF，其它相关的是颜色/色温/波长/亮度/发光角度/效率/功耗等。LED 是一个P-N 结二极管，只有施加足够的正向电压才能传导电流，VF 正向电压是为LED 发光建立一个正常的工作状态，IF 正向电流是促使LED 发光，发光亮度与流过的电流成正比例。白光LED VF 标称电压：3.4V± 0.2V 。LED 光源在大批量生产时，每一批LED 的VF 具有一定的离散性，为了客户使用时需要的一致性，LED 出厂时必需按不同的VF 分档出售；客户订购时同一批灯具需用的LED 光源必需选用同一档次VF 的或相邻档次的，否则会影响同一批生产的LED 灯具亮度有差异；LED IF 工作电流按应用需要选用，不同的电流档次不能混用。

LED光源驱动电路
LED 光源的驱动电路就是把12V 直流电压变换成稳定的恒流源，电路的设计本着删繁就简、节省成本的原则，应该从能完成这个电路设计要求的众多LED驱动芯片中选择集成度高、性能较好、应用电路简单、价格较平的性价比有优势的芯片。因此选择驱动电路周边器件少的驱动芯片是生产成本的首要考量。
PT4115 用在1—6W 的白光LED 光源驱动方案时只需要四个零件（图2），

图2 PT4115LED 光源驱动电路

Cin 是输入滤波电容，Rs 设定流过LED 的电流IF，Rs=0.1/ILED；L 是续流电感，D5 是续流二极管。因适配器已提供12V 的直流电压，原图为交流电压输入整流
用的桥式整流器D1-D4 可省略。虽然零件少了但对零件的要求高了，设计时要按表1 提示的要求选用，才能使电路进入良好的工作状态。PT4115 的开关频率采用抖频技术有效降低EMI，省略了抗EMI 电路。

表1 关键元器件的选择
LED 光源驱动芯片的恒流精度对于LED 灯具生产厂家而言是至关重要的，目前LED 光源驱动IC 的恒流精度批量生产时都会有一定的离散性，LED 灯具生产厂家在批量生产调试时，同样的电源、同样的LED 光源负载、同样的恒流源电源板，因同一型号的不同驱动IC 其恒流精度的个性差异会导致恒流源电源板输出电流产生一定的公差，会使同一LED 光源负载的发光亮度有所不同，这就会增加恒流源电源板大批量生产时在线调试的时间，影响生产力。因此，恒流源电源板生产厂家应选用恒流精度高的驱动IC，恒流精度至少要小于±3%，如是±1%更理想，但其价格会高于±3%的产品。 [p]

几点关键技术
1）电感的选择
以3X1W的高亮度白光LED光源的设计案例而言，三个1W的LED光源串联，其工作电流可设计为300-350mA，L的电感量应选用68uH—100uH，Q 值大于50，饱
和电流大于800mA 的磁路闭合电感器。PT4115 的设计最佳工作频率在1MHz 以下，电感量大了小会影响其工作频率，本方案的电感设计在68uH 以上，这样系统工作频率可以控制到1MHz 以下。电感量小了，工作频率趋高，由于PT4115内部电流检测电路响应速度限制，对内部电流正常检测出现影响，不能更好的实现对内部开关的导通/关断控制。另外由于高频率会带来较大的开关损耗，使芯片运行在较高的结温下，电应力加大，不利于稳定工作。电感量太小还会导致PT4115的SW 端烧坏，而无输出。

电感的DCR 越小，效率越高。建议选用EPC13 锰锌4000 磁芯。电感器的饱和电流选小了，D5 肖特基二极管的电流选小了，将会导致整个电路的续流不足，LED 光源会产生人眼可见的闪光。将电感器的饱和电流和肖特基二极管的电流适当增大即可增大整个电路的续流电流，消除因此产生的闪光。
2）适配器（Adapter）的选择
适配器（Adapter）为本方案LED 台灯提供稳定的交流电源->交直流降压变换，它的实时带载输出能力将影响本方案LED 台灯的性能，用于本方案3X1W 白光LED 台灯的适配器，它在带载时输出电流应大于1A，电压应稳定在DC12V。有些带载能力差的适配器，连接上本方案LED 光源负载时，其实时输出电压会跌落到7V，甚至6.5V，对于工作电压从8V 开始的LED 驱动IC，届时会进入欠压保护状态而停止工作，一旦驱动IC 停止工作，电压又回升至12V，LED 驱动IC 再次进入工作状态，如此周而复始，使LED 台灯出现人眼可见的闪光。此时，只有更换带载能力好的适配器才能使LED 台灯正常工作。同时应选用工作电压范围自6V 初始的LED 驱动IC，也可降低对适配器选择要求，以降低生产配套成本。
3）关于EMI 的传导与辐射
本LED 台灯方案总体设计时要考虑能过EMI 的传导与辐射，过EMI 的传导与辐射的关键是电源变换器，因此要选用能过EMI，甚至能过CE、UL 的适配器来配套，以利生产的LED 台灯能出口欧美日市场。恒流源电源板因使用的驱动IC是DC/DC 开关器件，工作时开关频率会辐射，因此内置在台灯底座金属壳内可有效降低辐射，机械结构设计时应考虑金属底座内的磁路屏蔽。

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