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做电源设计,或者做驱动方面的电路,难免要用到场效应管,也就是人们常说的MOS管。MOS管有很多种类,也有很多作用。做电源或者驱动的使用,当然就是用它的开关作用。接下来我们来了解MOS管发热四大关键因素。

LED电源是电源的一种,是向电子设备提供功率的装置,也称电源供应器,部署为设备上的不同电源输入连接到带有两个或三个电源输入的独立电路设备上。今天本文就给大家讲解下LED电源设计的过程以及LED电源发展的五大概念,想要学习的小伙伴可以和本小编一起来看看!

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LED电源是电源的一种,是向电子设备提供功率的装置,也称电源供应器,部署为设备上的不同电源输入连接到带有两个或三个电源输入的独立电路设备上。(发光二极管)干电池等叫做电源;通过变压器和整流器,把交流电变成直流电的装置叫做整流电源。能提供信号的电子设备叫做信号源。晶体三极管能把前面送来的信号加以放大,又把放大了的信号传送到后面的电路中去。晶体三极管对后面的电路来说,也可以看做是信号源。整流电源、信号源有时也叫做电源。

1、芯片发热

1.简介

本次内容主要针对内置电源调制器的高压驱动芯片。假如芯片消耗的电流为2mA,300V的电压加在芯片上面,芯片的功耗为0.6W,当然会引起芯片的发热。驱动芯片的最大电流来自于驱动功率MOS管的消耗,简单的计算公式为:I=cvf,考虑充电的电阻效益,实际I=2cvf,其中c为功率MOS管的cgs电容,v为功率管导通时的gate电压,所以为了降低芯片的功耗,必须想办法降低c、v和f。如果c、v和f不能改变,那么请想办法将芯片的功耗分到芯片外的器件,注意不要引入额外的功耗。再简单一点,就是考虑更好的散热吧。

led
灯珠属于电压敏感型的器件,属容抗负载。在实际工作中,其电流精度要较高要求,这是影响发光效率和LED
灯珠使用寿命的主要问题之一。在驱动电路中,各种因素导致压流突变,如果不采取保护措施,这种增大的电流超过一定的时间和幅度后LED
就会损坏。

2、功率管发热

2.概述

功率管的功耗分成两部分,开关损耗和导通损耗。要注意,大多数场合特别是LED市电驱动应用,开关损害要远大于导通损耗。开关损耗与功率管的cgd和cgs以及芯片的驱动能力和工作频率有关,所以要解决功率管的发热可以从以下几个方面解决:A、不能片面根据导通电阻大小来选择MOS功率管,因为内阻越小,cgs和cgd电容越大。如1N60的cgs为250pF左右,2N60的cgs为350pF左右,5N60的cgs为1200pF左右,差别太大了,选择功率管时,够用就可以了。B、剩下的就是频率和芯片驱动能力了,这里只谈频率的影响。频率与导通损耗也成正比,所以功率管发热时,首先要想想是不是频率选择的有点高。想办法降低频率吧!不过要注意,当频率降低时,为了得到相同的负载能力,峰值电流必然要变大或者电感也变大,这都有可能导致电感进入饱和区域。如果电感饱和电流够大,可以考虑将CCM改变成DCM,这样就需要增加一个负载电容了。

造成LED损坏的原因主要有:

3、工作频率降频

①供电电压突然升高、突波增多。

这个也是用户在调试过程中比较常见的现象,降频主要由两个方面导致。输入电压和负载电压的比例小、系统干扰大。对于前者,注意不要将负载电压设置的太高,虽然负载电压高,效率会高点。对于后者,可以尝试以下几个方面:a、将最小电流设置的再小点;b、布线干净点,特别是sense这个关键路径;c、将电感选择的小点或者选用闭合磁路的电感;d、加RC低通滤波吧,这个影响有点不好,C的一致性不好,偏差有点大,不过对于照明来说应该够了。无论如何降频没有好处,只有坏处,所以一定要解决。

②线路中某个组件或印制线条或其他导线的短路而形成LED
供电通路的局部短路,使这个地方的电压增高;焊点虚焊或松动。

4、电感或者变压器的选择

③某个LED
因为自身的质量原因损坏因而形成短路,它原有的电压降就转嫁到其他LED
上;LED 内阻变化,LED 上所分电压不均。

终于谈到重点了,我还没有入门,只能瞎说点饱和的影响了。很多用户反应,相同的驱动电路,用a生产的电感没有问题,用b生产的电感电流就变小了。遇到这种情况,要看看电感电流波形。有的工程师没有注意到这个现象,直接调节sense电阻或者工作频率达到需要的电流,这样做可能会严重影响LED的使用寿命。所以说,在设计前,合理的计算是必须的,如果理论计算的参数和调试参数差的有点远,要考虑是否降频和变压器是否饱和。变压器饱和时,L会变小,导致传输delay引起的峰值电流增量急剧上升,那么LED的峰值电流也跟着增加。在平均电流不变的前提下,只能看着光衰了。

④灯具内的温度过高,使LED
的特性变坏;灯具内部局部温升过快;焊接或浸锡时温度过高。

⑤灯具内部进了水,水是导电的;封闭灯具内热气流堆积形成水蒸汽或雾。

⑥在制程的时候没有做好防静电的工作,使LED
的内部已经被静电所伤害。尽管施加的是正常电压和电流值,也是极易造成LED
的损坏。

⑦光源测试中快速开与关,及极间电荷放电。

⑧洗板时洗板水的冲蚀与超声的纳波。

⑨带电操作;所有治具、夹具做防静电工作;保持环境的温湿度。

LED电路的保护可以考虑以下:

1.保护电路中采用自恢复保险

输入端采用自恢复保险是比较适合大电流负载过大来作为保护设备的。多路LED与大功率或在温度较高的情况下适合用自恢复保险。

2.使用瞬态电压抑制二极管

瞬态电压抑制二极管是一种二极管形式的高效能保护器件。当它的两极受到反向瞬态高能量冲击时,能以10
的负12
次方秒极短时间的速度,使自己两极间的高阻立即降低为低阻,吸收高达数千瓦的浪涌功率,把两极间的电压箝位在一个预定的电压值,有效的保护了电子线路中的精密元器件。瞬态电压抑制二极管具有响应时间快、瞬态功率大、漏电流低、击穿电压偏差一致性好、箝位电压较易控制、无损坏极限、体积小等优点。

但是在实际使用中发现要寻找满足要求电压值的TVS 器件很不容易。LED
光珠的损坏主要是因为电流过大使芯片内部过热造成的。TVS
只能探测过电压不能探测过电流。要选择合适的电压保护点很难掌握,这种器件就无法生产也就很难在实际中使用。

3.使用压敏电阻

电压输出端并接个浪涌抑制型压敏能够很好的吸收设定值的突波,可免负载LED过高电压。其工作原理简单说就是利用压敏电阻的非线性特性,当过电压出现在压敏电阻的两极间,压敏电阻可以将电压钳位到一个相对固定的电压值,从而实现对后级电路的保护。

4.选择PTC

正温度热敏电阻PTC,是由聚合物与导电粒子等构成。在经过特殊加工后,导电粒子在聚合物中构成链状导电通路。当正常其中导电粒工作电流通过时,PTC
自恢复保险丝呈低阻状态;当电路中有异常过电流通过时,大电流所产生的热量使聚合物迅速膨胀,也就切断了导电粒子所构成的导电通路,PTC
自恢复保险丝呈高阻状态;当电路中过电流消失后,聚合物冷却,体积恢复正常,又重新构成导电通路,PTC
又呈初始的低阻状态。在正常工作状态自恢复保险管的发热很小,在异常工作状态它的发热很高阻值就很大,也就限制了通过它的电流,从而起到了保护作用。在具体的电路中,可以选择:

①分路保护

一般LED 灯是分成很多串接支路。我们可以在每个支路的前面加一支PTC
组件分别进行保护。这种方式的好处是精确性高,保护的可靠性好。

②总体保护

在所有光珠的前面加接一支PTC
组件,对整灯进行保护。这种方式的好处是简单,不占体积。对于民用产品来说,这种保护在实际使用中的结果还是令人满意的。

5.输出电容与输出电容泄放电阻

有带输出输出电容泄放电阻,不一定会带输出电容,但输出电容泄放电阻一定要有,其做为假负载的功能在LED
断开后就得工作

led驱动电源发展的五点概念:

1、放弃大功率、超大功率,发展较高稳定性的中小功率电源,最好在30W-40W之间,最大不要超过50W。

因为功率越大,发热量越大,里面的零部件也越紧凑,不利于散热,而温度正是电源发生故障的罪魁祸首。再者,小功率电源相对来说发展的较为成熟,稳定性和成本方面都有优势。其实很多电源企业都知道功率越大越不好做,都不愿意做大功率的,但迫于应用厂家的压力,被动开发大功率电源,很多方案都没有经过时间验证及实践证明,都是匆匆上马的项目,都是实验性的产品,因此故障层出不穷。相比之下中小功率电源因发展较早,技术方案要成熟的多。

再者,大功率及超大功率电源因为个头较大,安装也不灵活,中小功率电源因为体积小,安装方式也更为灵活。

2、放弃4路以上输出,发展单路或两路输出,放弃大电流和超大电流,发展小电流。

输出路数越多越难做,故障率越高,目前为止还没有哪个电源厂家能站出来拍胸脯说:“在当今成本苛刻要求的前提下,4路以上驱动担保没问题”。输出路数越多,总输出电流也就越大,而电流才是发热的主要原因,有电压可以不发热,但有电流则必定发热,并且简单的计算可以认为发热功率和电流的平方成正比,也就是说电流增加到原来的2倍的话,发热功率将增加到原来的4倍,电流增加到原来3倍,发热功率将增加到原来9倍。所以我建议电流最好控制在1A以下。

3、智能控制应该是led灯具最大的优势之一,而智能控制也就是电源的智能控制。

智能控制在路灯和隧道灯照明应用上尤为重要,就路灯来讲,智能控制能在不同时间段、根据道路车流密度来实现灯具功率的无级控制,既满足应用要求,又达到节能效果。在隧道照明上的应用就更为重要,它可以按照隧道外的亮度情况自动调节隧道出入口亮度,给司机提供一个安全的驾驶环境.

4、散热和防护是电源故障的主要外部因素。

不仅电源本身会发热,灯具也会发热,这两种热源如何合理的散发出去是灯具设计工程师必须考虑的问题,一定要防止热量的过度集中,形成热岛效应,影响电源寿命。另外防护问题也很重要,水分的渗透可能引起电源的短路,外壳上的沙尘会影响电源的散热,暴晒则容易引起高温和电线及其他元器件的老化,防护实际上就是要解决这一系列的问题。

5、维护的可行性。

尽管我们在前面四步做足了功夫,但电源的故障问题仍旧不可能完全避免,这是我们提出维护可行性的原因。灯具设计工程师要考虑电源的维护问题,只有把电源的更换做的跟常规照明的光源的更换那么简便时,才具备把维护任务转嫁给路灯单位的可能。

对此。我们应该在灯具的维护上下功夫,设计者要把自己当成维修工要求越简便越好。在实际的使用过程中,旋转接线插头的故障率较高,多数为漏水造成故障。大家已经认识到模块化的合理设计方法,应该在模块电源一体化上想办法,因为模块化的整体功率较小,如果电源能用插拔的方式解决维护为题,让路灯单位库LED展会存的是电源,,企业与业主均受益。

3.电源设计

LED驱动电源设计并不难,但一定要心中有数。只要做到调试前计算,调试时测量,调试后老化,相信谁都可以搞好LED。

1、LED电流大小

大家都知道LEDripple过大的话,LED寿命会受到影响,影响有多大,也没见过哪个专家说过。以前问过LED厂这个数据,他们说30%以内都可以接受,不过后来没有经过验证。建议还是尽量控制小点。如果散热解决的不好的话,LED一定要降额使用。也希望有专家能给个具体指标,要不然影响LED的推广。

2、芯片发热

这主要针对内置电源调制器的高压驱动芯片。假如芯片消耗的电流为2mA,300V的电压加在芯片上面,芯片的功耗为0.6W,当然会引起芯片的发热。驱动芯片的最大电流来自于驱动功率mos
管的消耗,简单的计算公式为I=cvf(考虑充电的电阻效益,实际I=2cvf,其中c为功率MOS管的cgs电容,v为功率管导通时的gate电压,所以为了降低芯片的功耗,必须想办法降低c、v和f。如果c、v和f不能改变,那么请想办法将芯片的功耗分到芯片外的器件,注意不要引入额外的功耗。再简单一点,就是考虑更好的散热吧。

3、功率管发热

关于这个问题,也见到过有人在论坛发过贴。功率管的功耗分成两部分,开关损耗和导通损耗。要注意,大多数场合特别是LED市电驱动应用,开关损害要远大于导通损耗。开关损耗与功率管的cgd和cgs以及芯片的驱动能力和工作频率有关,所以要解决功率管的发热可以从以下几个方面解决:A、不能片面根据导通电阻大小来选择MOS功率管,因为内阻越小,cgs和cgd电容越大。如
1N60的cgs为250pF左右,2N60的cgs为350pF左右,5N60的cgs为1200pF左右,差别太大了,选择功率管时,够用就可以了。
B、剩下的就是频率和芯片驱动能力了,这里只谈频率的影响。频率与导通损耗也成正比,所以功率管发热时,首先要想想是不是频率选择的有点高。想办法降低频率吧!不过要注意,当频率降低时,为了得到相同的负载能力,峰值电流必然要变大或者电感也变大,这都有可能导致电感进入饱和区域。如果电感饱和电流够大,可以考虑将CCM(连续电流模式)改变成DCM(非连续电流模式),这样就需要增加一个负载电容了。

4、工作频率降频

这个也是用户在调试过程中比较常见的现象,降频主要由两个方面导致。输入电压和负载电压的比例小、系统干扰大。对于前者,注意不要将负载电压设置的太高,虽然负载电压高,效率会高点。对于后者,可以尝试以下几个方面:a、将最小电流设置的再小点;b、布线干净点,特别是sense这个关键路径;c、将电感选择的小点或者选用闭合磁路的电感;d、加RC低通滤波吧,这个影响有点不好,C的一致性不好,偏差有点大,不过对于照明来说应该够了。无论如何降频没有好处,只有坏处,所以一定要解决。

5、电感或者变压器的选择

终于谈到重点了,我还没有入门,只能瞎说点饱和的影响了。许多用户反应,相同的驱动电路,用a生产的电感没有问题,用b生产的电感电流就变小了。遇到这种情况,要看看电感电流波形。有的工程师没有注意到这个现象,直接调节sense电阻或者工作频率达到需要的电流,这样做可能会严重影响LED的使用寿命。所以说,在设计前,合理的计算是必须的,如果理论计算的参数和调试参数差的有点远,要考虑是否降频和变压器是否饱和。变压器饱和时,L会变小,导致传输delay引起的峰值电流增量急剧上升,那么LED的峰值电流也跟着增加。在平均电流不变的前提下,只能看着光衰了。

以上内容就是本小编给大家整理的有关LED电源的一些基本概述以及电源设计的一些做法,希望本小编的讲解对将要使用LED电源的朋友有所帮助,如果需要了解更多有关LED电源的内容,请登陆贤集网官方网站查看,海量精彩资讯等你来学!