0 引言

　　光伏發(fā)電行業(yè)作為一種新興行業(yè)，其發(fā)展具有突飛猛進的趨勢,。光伏照明是光伏產(chǎn)業(yè)中的支柱產(chǎn)業(yè),。由于光伏電池所發(fā)出來的電如果不經(jīng)過一次變換的話是直流電，因此,，LED 光源作為一種直流電光源,，尤其適合光伏照明產(chǎn)業(yè)。但是,，LED 的高效節(jié)能的優(yōu)點要想保證的話,，其驅(qū)動具有尤為重要的作用。本文對大功率LED" title="大功率LED">大功率LED 和小功率LED 適合的驅(qū)動進行了比較研究,。并且提出一種基于PT4115" title="PT4115">PT4115 的高效率的大功率LED 恒流驅(qū)動" title="恒流驅(qū)動">恒流驅(qū)動解決方案,。該種驅(qū)動電路簡單,、高效,、成本低,，適合當(dāng)今太陽能產(chǎn)品的市場化發(fā)展。

　　1 LED 工作特性

　　LED 具有對電壓敏感的特性,，當(dāng)LED 兩端電壓超過其導(dǎo)通電壓后,。可近似的認(rèn)為其正向電壓VF和正向電流IF 成比例關(guān)系,。因此,，電壓的變化會引起電流的變化。

　　圖1 　LED 的VF 和IF 特性曲線線

　　從圖1 可以看出電壓的微小變化會引起電流的極大變化,。由此,，可以得出對于LED 應(yīng)該采用恒流驅(qū)動,，防止流過LED 電流的極大波動,，影響LED 的使用壽命。因此,，不管是交流恒流驅(qū)動還是直流恒流驅(qū)動,，其輸出端LED 兩端電壓的峰峰值最好控制電流在幾十毫安,。

　　2 LED 常用驅(qū)動技術(shù)比較研究

　　2. 1 電阻鎮(zhèn)流驅(qū)動

　　圖2 采用鎮(zhèn)流電阻驅(qū)動的原理圖

　　從圖2 中可見，采用電阻鎮(zhèn)流的驅(qū)動方式就是在LED 燈串上串聯(lián)上鎮(zhèn)流電阻,。通過鎮(zhèn)流電阻降低在LED 燈串上的電壓,，防止LED 過壓被擊穿。鎮(zhèn)流電阻的驅(qū)動方式實際上就是通常所說的恒壓驅(qū)動方式,。該種驅(qū)動方式雖然簡單,，但是在鎮(zhèn)流電阻上會有損耗，并且,，損耗會隨輸入電壓的增大而增大,。因此，該種技術(shù)作為最早的驅(qū)動技術(shù),，已經(jīng)隨著技術(shù)的發(fā)展,，逐漸被取代。

　　2. 2 PWM恒壓驅(qū)動方式

　　眾所周之，PWM驅(qū)動方式本身具有驅(qū)動效率高的優(yōu)點,。因此,，采用PWM 恒壓驅(qū)動方式具有效率高，驅(qū)動電路簡單的優(yōu)勢,。但是,，鎮(zhèn)流電阻這種恒驅(qū)動方式，已經(jīng)不適合當(dāng)今光伏照明的簡潔,、高效的趨勢,。因此，PWM恒壓IC 隨之出現(xiàn),。

　　圖3 恒壓驅(qū)動原理

　　對于采用恒壓驅(qū)動（見圖3） ,，因輸出到LED 負(fù)載兩端的壓降不變，如果其中一路的某顆LED 發(fā)生短路故障,，則這個輸出的恒壓壓降將全部降在其它LED 兩端,，則剩余的每顆LED 承受的電壓可能超過電壓額定值,，而將其燒毀,。

　　LED 因其VF 值特性原因做不到相同，隨著溫度及電流大小也有些VF 值也會發(fā)生變化,，一般不適合并聯(lián)設(shè)計,。但是有些情況又不得不并聯(lián)解決多顆LED 驅(qū)動成本問題，就像小功率LED 如果每一路采用一個恒流源會大大增加驅(qū)動成本,，因此,，就必須采用多組LED 燈串并聯(lián)，而采用恒壓驅(qū)動的方式進行驅(qū)動,。

　　因此,， 即使采用恒壓驅(qū)動的方式， 也要選擇PWM恒壓驅(qū)動IC ,，提高驅(qū)動效率,。

　　迫于小功率LED 要想實現(xiàn)和大功率相同的照度，所需數(shù)量大,，如果每路驅(qū)動使用一個恒流驅(qū)動,，將大大增加驅(qū)動成本，鑒于此問題,，小功率LED 適合采用恒壓驅(qū)動方式,。

　　2. 3 恒流驅(qū)動技術(shù)

　　對于恒流驅(qū)動實際上很大程度上是結(jié)合PWM恒壓驅(qū)動高效率的特點，對其進行改造以最簡單的方法實現(xiàn)恒流,。

　　對于PWM恒壓IC 內(nèi)置一個基準(zhǔn)電壓,，通過采樣反饋端FB 端電壓和內(nèi)置電壓比較，以控制PWM輸出占空比，以實現(xiàn)恒壓驅(qū)動,。

　　要進行恒流控制就要在斬波輸出端串聯(lián)一個小電阻,，采樣其對地電壓，然后對其進行放大并反饋到恒壓控制端,，以進行恒流控制,。由于采樣電阻串聯(lián)在輸出回路里，要降低落在電阻上的功耗,，就要盡量減小電阻的阻值,，通常選0. 1 Ω電阻。

　　采用恒流驅(qū)動,，必須每一路LED 燈串有一個恒流源驅(qū)動,。當(dāng)燈串中單顆LED 發(fā)生短路故障時，由于輸出電流不變,，因此,，并不影響其它LED 的光效，采用恒流驅(qū)動能大大提高LED 的使用壽命,。

　　3 基于PT4115 的恒流驅(qū)動技術(shù)

　　3. 1 PT4115 芯片簡介

　　1） 極少的外部原件

　　2） 很寬的電壓輸入范圍：從8 V 到30 V

　　3） 最大輸出1. 2 A 電流

　　4） 復(fù)用DIM 引腳進行LED 開關(guān),、模擬調(diào)光、PWM調(diào)光

　　5） 5 %的輸出電流精度

　　6） LED 開路保護

　　7） 高達(dá)97 %的效率

　　8） 輸出可調(diào)的恒流控制方法

　　9） 內(nèi)部含有抖頻特性,，極大的改善EMI

　　3. 2 典型應(yīng)用電路

　　圖4 PT4114 典型應(yīng)用電路

　　對于PT4115 （見圖4） 即可以應(yīng)用于12~18 V 的交流,，也可應(yīng)用在8 V~30 V 的直流。因此,，應(yīng)用范圍更加廣泛,。并且，驅(qū)動電路簡單,，所需元器件均價格低廉,。適合批量、市場化,。

　　3. 3 PT4115 恒流原理

　　保持采樣端（CSN） 輸入電壓值為IC 內(nèi)部設(shè)定值相對于VIN 電壓值不變即可實現(xiàn)恒流,。因為：

　　式中：

　　ILED ---流過L ED 的電流；

　　VCSN ---電壓檢測端電壓,；

　　RS ---電流采樣電阻,。

　　從式（1） 可見，只要保證采樣端電壓相對于輸入端電壓不變,，就能使流過LED 的電流恒定,。

　　3. 4 PT4115 調(diào)光措施

　　PT4115 采用PWM 調(diào)光措施，當(dāng)DIM 引腳電壓低于0. 3 V 時關(guān)斷LED 電流,，高于2. 5 V 時開啟LED 電流,。

　　PWM調(diào)光措施相對于傳統(tǒng)的線性調(diào)光，不影響LED 的光效。PWM 調(diào)光的基本原理是保持LED 正向?qū)娏骱愣?，而通過控制電流導(dǎo)通和關(guān)斷的時間比例,，即控制每個周期電流導(dǎo)通的時間。PWM 調(diào)光的優(yōu)勢是LED 正向?qū)ǖ碾娏饕恢笔呛愣ǖ?，LED的色度就不會像模擬調(diào)光一樣會變化,。PWM調(diào)光可以在精確控制LED 的亮度的同時，也保證LED 發(fā)光的色度,。

　　線性調(diào)光是通過改變流過LED 的電流來調(diào)整光效的,，流過LED 的電流的變化必然會影響LED 的色度。

　　因此,，PWM調(diào)光相對傳統(tǒng)的線性調(diào)光具有很大的進步,。

　　3. 5 PT4115 頻抖改善EMI 的原理

　　頻率抖動技術(shù)（Frequency Jitter） 是一種從分散諧波干擾能量著手解決EMI 問題的新方法。頻率抖動技術(shù)是指開關(guān)電源的工作頻率并非固定不變,，而是周期性地由窄帶變?yōu)閷拵У姆绞絹斫档虴MI ,，來減小電磁干擾的方法。

　　頻率抖動技術(shù)通過擴展電源噪聲頻譜的方式降低了窄帶EMI.對于可以抖動多少的振蕩器頻（fs） ,，存在一些局限性,。其中一些局限因素是開關(guān)損耗和磁路設(shè)計。為了將升壓電感盡可能的保持較小,，并將開關(guān)損耗保持在可控范圍內(nèi),，頻率抖動應(yīng)不超過基本頻率的20 %至30 %.

　　3. 6 PT4115 的動態(tài)溫度調(diào)節(jié)和過溫保護

　　對于PT4115 具有動態(tài)溫度調(diào)節(jié)的功能，并且,，可以在此功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)過溫保護。

　　3. 6. 1 動態(tài)溫度調(diào)節(jié),。

　　圖5 動態(tài)溫度調(diào)節(jié)原理圖

　　從圖5 中可見,，DIM 端內(nèi)部是一個1MΩ 的上拉電阻，連接到內(nèi)部5V 電源上,。DIM 端電壓由內(nèi)部上拉電阻和熱敏電阻NTC 分壓決定,。從熱敏電阻的特性可以知道，溫度的變化會影響NTC 的阻值,，進而影響DIM端電壓,，以實現(xiàn)PT4115 的動態(tài)溫度調(diào)節(jié)。

　　3. 6. 2 過溫保護的實現(xiàn),。

　　從圖6 中可見,，相對于圖5 多了一個三極管，當(dāng)溫度升高時,，NTC 電阻的阻值減小,，其上的分壓也減小，則相應(yīng)的其下面電阻上的分壓升高，當(dāng)超過三極管的開通電壓時,， 三極管導(dǎo)通,，DIM 端接地， 關(guān)斷LED電流,， 當(dāng)溫度降低時,， IC 重啟， 因此,， 實現(xiàn)了PT4115 的過溫保護,。

　　圖6 　過溫保護的實現(xiàn)原理圖

　　3. 7 PT4115 工程應(yīng)用中的經(jīng)驗

　　1） 電感越大，工作頻率越低,，恒流效果越好,；2） 輸出電流越大，需要電感值越小,，電感選擇方便,；3） 通常電感越大，功率開關(guān)的開關(guān)損耗越小,，但相應(yīng)的電感的損耗會增大,；4） PT4115 內(nèi)部自帶過溫保護功能，外部過溫保護可設(shè),，對LED 實現(xiàn)雙重保護,；5） PCB 布線要盡可能的將銅箔與PT4115 的Ex2posed PAD 和GND 的接觸面積增大，以利散熱,；6） 交流12V 整流管和續(xù)流二極管一定要選用低壓降的肖特基二極管,，以降低自身功耗；7） 電感選取時,，其飽和電流要求為輸出電流的1. 5 倍,。

　　4 實驗結(jié)果

　　4. 1 效率測定

　　采用實驗室精密儀表，對PT4115 的輸出效率進行了測量,，現(xiàn)以輸出為3 顆LED 串聯(lián)負(fù)載為例,，其結(jié)果見表1.

　　表1 不同輸入電壓下，輸出效率測定

　　從表1 可見,， PT4115 的整體供電效率維持在91 %以上，相對于當(dāng)前市場上的恒流源,，是一款效率高的產(chǎn)品,。并且，單路可以實現(xiàn)驅(qū)動最多7 顆1W的LED 串聯(lián),。由于,，外圍電路簡單,， IC 封裝體積小，可以將恒流驅(qū)動和LED 負(fù)載整合在一塊鋁基板上,，實現(xiàn)驅(qū)動,、散熱一體化的模組方案。

　　4. 2 實驗波形

　　通過示波器采樣肖特基二極管兩端的波形,，同樣以3 顆LED 負(fù)載為例進行采樣,。

　　圖7 輸入電壓12 V 負(fù)載為3 顆LED 串聯(lián)時的波形

　　從波形圖7 與可見斬波波形沒有毛刺，因此,，諧波含量比較低,，恒流驅(qū)動損耗小。

　　5 小結(jié)

　　本文通過對各種常用驅(qū)動技術(shù)進行比較,，得出大功率LED 應(yīng)采用恒流驅(qū)動的結(jié)論,。并且，詳細(xì)介紹了基于PT4115 的大功率LED 恒流驅(qū)動的原理,、優(yōu)點,、及其電路實現(xiàn)。同時,， 也詳細(xì)敘述了在采用PT4115 實現(xiàn)恒流驅(qū)動過程中的經(jīng)驗總結(jié),。最后對其實驗結(jié)果進行了描述，證明了該驅(qū)動的合理性,、高效性,、簡潔性等突出優(yōu)點。該恒流驅(qū)動具有很強的工程實用性,。