德州仪器提供的LED照明在各领域的设计解决方案

电子设计 发表于 2019-03-14 08:24:00 收藏 已收藏
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德州仪器提供的LED照明在各领域的设计解决方案

电子设计 发表于 2019-03-14 08:24:00
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在第一批设备商业化后,有限的颜色和有限的光输出使LED成为指示灯的作用超过20年。然而,今天,单芯片LED的功耗超过50 W,因此LED正在进入大量新应用领域。本PTM文章将介绍户外,室内,工业和便携式消费类照明市场,并讨论德州仪器(TI)为简化这些领域的LED设计过程而提出的一些产品和工具。

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图1:应用实例。

由于最近政府在亚洲,欧洲和美洲的一般照明领域的立法和激励措施,LED正在变得更加广泛用于路灯以及其他户外照明应用。这是因为与传统的CFL和高压或低压钠灯相比,它们具有出色的可靠性,效率,调光和坚固性。此外,它们不含传统荧光和HID技术中的有害汞或卤素气体。 TI的LM340x系列降压,升压和降压 - 升压LED驱动器(如图2所示)支持宽输入电压范围,并经过全面优化,可满足室外和路灯LED的需求。降压调节器提供高达96%的效率,从而提高整个系统的稳健性和可靠性,而升压调节器设计用于在一根串中支持大量LED,从而降低整体解决方案的成本。这些驱动器的持续导通时间架构意味着不需要环路补偿,从而减少了所需的外部元件数量。这意味着用户设计的设计时间更短,系统复杂度更低。

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图2:TI的LM340X系列降压,升压和降压 - 升压图3中的方框图显示了一个典型的路灯结构,该结构由12,24或48 VDC输入的两个高亮度LED驱动。

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图3:路灯的基本架构。

LM3404板的标准电路也经过优化,可在24 V下运行,支持室外和通用照明要求。使用LM3404HV的第二个电路电压为48 V. LM3404的DIM引脚是快速使能引脚,这意味着当它处于逻辑低电平且LED输出电流关闭时,其余电路保持有效。这样,当DIM引脚信号变为逻辑高电平时,LM3404可以非常快速地响应。结果是延迟时间tD最小化。

TI的LED驱动器得到参考设计和演示板的广泛支持。 LM3402的演示电路设计用于驱动一串12个InGaN LED(Vf总电压约为40 V),正向电流为360 mA,+ -3%,峰峰值纹波电流为40 mA或更低。输入为48 V,+ -2%。开关频率为200 kHz,+ -10%。

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图4:带有参考设计链接的LM3402的演示电路。

如图5所示,MR16灯经常用于代替紧凑型荧光灯,CFL或标准白炽灯泡,适用于住宅和零售照明等应用。它们非常适合需要低至中等强度定向照明的各种应用,包括嵌入式天花板灯,台灯,景观照明,轨道照明和零售展示照明。 MR16灯通常在12 V下工作,尽管它们也可用于其他电压。卤素MR16灯通常可以在交流或直流电压下工作,LED器件需要直流电压,因此如果要使用交流电,则需要在设备中使用某种形式的变压器。

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图5:MR16基本架构。

通用降压(降压)解决方案具有大输入电容。这样大的输入电容器在每个整流的AC线路周期中有效地变成短路,并且产生大量的浪涌电流以使其自身充电。这种浪涌电流在每个周期中消耗,这缩短了电子变压器的工作寿命。通过减小所需输入电容的大小并应用电感电流调节方案,使用TI TPS92560可以将浪涌电流设置为小于1.5 A.通过限制从电子变压器汲取的浪涌电流量,不仅可以提高变压器的使用寿命,还可以使电子变压器并联驱动多个MR-16 LED灯泡,而不是通常的1:1 (一个电子变压器到一个MR-16灯泡)驱动限制。

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图6:电子变压器的挑战。

TPS92560是一款N-FET控制器,适用于电子变压器驱动的LED照明应用,如MR-16或AR-111灯泡。它限制了流经电子变压器的浪涌电流,并提供电子变压器的兼容性。无论输入源(低压交流电源,直流电源或电子变压器)如何,都可以通过添加恒定电流控制电路来保证一致的流明输出。

工业照明包括办公室和仓库照明等应用,以及学校和医院的照明。虽然诸如医院,学校和体育设施之类的建筑物倾向于主要关注为相关任务提供适当的光量,但是仓库和办公室等建筑物通常更关心通过最大化照明系统的能量效率来节省资金。在这些区域中使用LED有助于实现这两个目标,因为LED可以容易地调暗以提供所需的光,并且它们可以发出预期颜色的光而无需使用传统照明方法所需的滤色器。 LM3421/23降压 - 升压/升压支持高达75 V的宽输入电压范围,可以串联多达18个LED,从而降低总体成本。此外,由于MOSFET在LM3421/23上是外部的,因此该器件能够驱动高达10 A的大负载。强大的故障保护和指示功能可进一步保护和延长LED的使用寿命。

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图7:LM3421/23低侧恒流控制器。

TI TPS92510是一款集成MOSFET高电流降压转换器。它接受3.5 V至60 V的输入电压,并能够提供高达1.5 A的连续输出电流。简单到仅使用无源元件构建,TPS92510具有PWM调光输入,使数字调光控制变得容易。 TPS92510还通过在内部将TSENSE输入电压电平转换为PWM调光信号来提供热折返功能,以保护LED不会过热。

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图8:手电筒和其他便携式消费类应用。

例如,使用LM3405A的电路设计用于在四种不同的电流水平下驱动一个InGaN WLED循环:0,125 mA,250 mA和700 mA,峰峰值纹波电流为40 mA或更低。三节AA电池的输入电压为4.2 V至4.5 V;在700 mA电流下,Vo约为3.7 V;开关频率为1.6 MHz(典型值)。如需全面了解该参考设计,请访问ti.com上的LED参考设计库。

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图9:手电筒参考设计。

为了帮助用户更快地将LED设计推向市场,TI的LED驱动器得到了一系列LED设计工具的全面支持,包括WEBENCH LED Designer。 WEBENCH LED Designer是一个端到端的原型设计工具,有四个简单的步骤:设计人员可以输入参数,WEBENCH提供适当的解决方案。选择部件后,WEBENCH LED Designer会创建设计并提供优化功能。您也可以使用WEBENCH LED Designer模拟器来微调设计。最后,通过Build It功能选择的部件可以在一夜之间使用自定义原型套件。

WEBENCH LED Designer包含几项新功能,使LED解决方案的选择,设计优化和实施变得前所未有的简单。如图10所示,这些新增功能包括:LED选择工具,图表和图形,可帮助人们看到参数的权衡,物料清单图表,允许人们自定义元件选择的占位面积,功耗,价格,性能,输出电压纹波,瞬态响应和环路稳定性以及定制设计报告供参考。

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图10:WEBENCH ® LED设计师。

其他资源也可通过TI网站获得(如图11所示),包括:合作伙伴页面,TI设计,评估和演示板,以及更多用于进一步帮助设计人员完成LED设计的方法。

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图11:

最后,如图12所示,可以使用在线E2E社区,专家将回答社区中提出的任何技术问题。

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图12:TI的工程师社区工程师。

总之,随着LED在许多照明市场变得越来越普遍,设计合适的LED照明系统的需求已经增加增加。德州仪器(TI)开发了WEBENCH ® LED设计器,以帮助设计人员完成整个LED系统设计过程。 WEBENCH根据设计要求帮助选择LED,为这些LED找到合适的LED驱动器,分析和优化系统设计,仿真和微调电路,以及构建和订购用于评估的定制原型套件。利用TI提供的这些资源和其他资源,整个设计过程可以更快,更轻松,从而大大缩短产品上市时间。

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