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想設計一個LED電路,但是我只能想到這裡而已,求助中。

答題得分者是:bernie_w39
andrewking
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#1 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-09 22:50:31 IP:61.64.xxx.xxx 訂閱
各位大大好 :
我想設計一個控制LED明亮變化的電路。1個LED的 spec. 為 If=20~250mA, P=0.65W, Vf=2.9~4.1v
我初想了個電路 串七個並4組
I=250mA*4=1A, V=4.1*7=28.7v, P=28.7*1=28.7w


Q1: 所以小弟如果用Power supply 調整為 28.7v, 1A 時,接上去是不是就會亮了呢??不用再加保護電阻了嗎??
Q2: 如果小弟想要調整LED操作電流(20~250mA)來達到明亮變化,是接可變電阻嗎??怎麼接呢??
Q3: 看了線性電路討論區裡有講到用PWM控制訊號,是比較好嗎?,但我還不是很懂呢,還在研究當中呢!!

各位大大可以幫我解惑嗎??我是機械系出身的,目前在自學簡單的電路設計,我想以後我應該會持續上來跟大家請教呢!!
謝謝!!




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taishyang 重新編輯於 2007-12-10 09:45:29, 註解 將文章分類成[問題]‧

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#2 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-11 02:23:54 IP:211.76.xxx.xxx 未訂閱
1>  會亮. 亮一下就燒掉了.
2> 串接.
3> Try & error! 試試吧, 實驗最快了.

P.S: LED 電路沒有人這樣設計的. 多看點書, 多做點實驗吧.
===================引 用 andrewking 文 章===================
各位大大好 :
我想設計一個控制LED明亮變化的電路。1個LED的 spec. 為 If=20~250mA, P=0.65W, Vf=2.9~4.1v
我初想了個電路 串七個並4組
I=250mA*4=1A, V=4.1*7=28.7v, P=28.7*1=28.7w


Q1: 所以小弟如果用Power supply 調整為 28.7v, 1A 時,接上去是不是就會亮了呢??不用再加保護電阻了嗎??
Q2: 如果小弟想要調整LED操作電流(20~250mA)來達到明亮變化,是接可變電阻嗎??怎麼接呢??
Q3: 看了線性電路討論區裡有講到用PWM控制訊號,是比較好嗎?,但我還不是很懂呢,還在研究當中呢!!

各位大大可以幫我解惑嗎??我是機械系出身的,目前在自學簡單的電路設計,我想以後我應該會持續上來跟大家請教呢!!
謝謝!!




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走是為了到另一境界,停是為了欣賞人生;未走過千山萬水,怎知生命的虛實與輕重!?
cps
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#3 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-11 14:54:13 IP:203.69.xxx.xxx 訂閱
我說真的歐
這電路實在有點詭異
詭異的一點在於28.7v
這不知道該怎麼說耶

一般常用的是3 5 9 12 15 16 18 19 20 22 24 48
不外乎是IC 或是筆電 汽車 大卡車 或些阿哩不達的功用 所以會出現28.7這電壓實在有點詭異

第二個問題
你想做什麼用途? 改裝摩托車LED後燈 還是?? 或是一般警示燈
看你的Vf值 我想應該是白光了 但是電流到250mA 也不算是lamp led



所以 你到底想要做什麼??

當你想要做什麼 我想後續較好討論
畢竟LED有許多的問題

也許你想說會亮 就全部放在一起 搞不好點個一個月 LED燈全部死光光
所以問題很多


PWM用於直流系統上 是非常好的

已調變脈波寬度來達到明到暗的效果 色階的變化 是非常好低!!


你先想看看 我們再來討論

謝謝




===================引 用 andrewking 文 章===================
各位大大好 :
我想設計一個控制LED明亮變化的電路。1個LED的 spec. 為 If=20~250mA, P=0.65W, Vf=2.9~4.1v
我初想了個電路 串七個並4組
I=250mA*4=1A, V=4.1*7=28.7v, P=28.7*1=28.7w


Q1: 所以小弟如果用Power supply 調整為 28.7v, 1A 時,接上去是不是就會亮了呢??不用再加保護電阻了嗎??
Q2: 如果小弟想要調整LED操作電流(20~250mA)來達到明亮變化,是接可變電阻嗎??怎麼接呢??
Q3: 看了線性電路討論區裡有講到用PWM控制訊號,是比較好嗎?,但我還不是很懂呢,還在研究當中呢!!

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andrewking
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#4 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-11 23:48:03 IP:61.62.xxx.xxx 訂閱

===================引 用 cps 文 章===================
我說真的歐
這電路實在有點詭異
詭異的一點在於28.7v
這不知道該怎麼說耶

一般常用的是3 5 9 12 15 16 18 19 20 22 24 48
不外乎是IC 或是筆電 汽車 大卡車 或些阿哩不達的功用 所以會出現28.7這電壓實在有點詭異

第二個問題
你想做什麼用途? 改裝摩托車LED後燈 還是?? 或是一般警示燈
看你的Vf值 我想應該是白光了 但是電流到250mA 也不算是lamp led



所以 你到底想要做什麼??

當你想要做什麼 我想後續較好討論
畢竟LED有許多的問題

也許你想說會亮 就全部放在一起 搞不好點個一個月 LED燈全部死光光
所以問題很多


PWM用於直流系統上 是非常好的

已調變脈波寬度來達到明到暗的效果 色階的變化 是非常好低!!


你先想看看 我們再來討論

謝謝




===================引 用 andrewking 文 章===================
mymj & cps 你們好~~非常感謝你們的回覆!!
其實我是想設計一個Lightbar的電話啦~~就用板子插一插以後點來看看呢,但還是沒啥信心呢!!
1個LED的 spec. 改為 If=20~140mA, Vf=3.6v 的白光!
以下是我的改版後的電路,I=140mA*5=0.7A, V=3.6*5=18v, P=18*0.7=12.6w
限流電阻為 (24-18)/0.14 = 42 歐姆,功率選用1W的。R1=R2=...=R5, VR為可變電阻。

Q1: 如果小弟想要調整LED操作電流(20~140mA)來達到明亮變化,可變電阻的接法是如同VR所示嗎,只接1跟2腳嗎,但要怎麼選VR的大小
呢,是怎麼算呢? 那原來的限流電阻還留著吧???
Q2: 還在努力PWM電路中,加油!!

各位大大可以幫我解惑嗎??我是機械系出身的,目前在自學簡單的電路設計,我想以後我應該會持續上來跟大家請教呢!!
謝謝!!








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#5 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-11 23:51:18 IP:61.62.xxx.xxx 訂閱

===================引 用 andrewking 文 章===================

===================引 用 cps 文 章===================
我說真的歐
這電路實在有點詭異
詭異的一點在於28.7v
這不知道該怎麼說耶

一般常用的是3 5 9 12 15 16 18 19 20 22 24 48
不外乎是IC 或是筆電 汽車 大卡車 或些阿哩不達的功用 所以會出現28.7這電壓實在有點詭異

第二個問題
你想做什麼用途? 改裝摩托車LED後燈 還是?? 或是一般警示燈
看你的Vf值 我想應該是白光了 但是電流到250mA 也不算是lamp led



所以 你到底想要做什麼??

當你想要做什麼 我想後續較好討論
畢竟LED有許多的問題

也許你想說會亮 就全部放在一起 搞不好點個一個月 LED燈全部死光光
所以問題很多


PWM用於直流系統上 是非常好的

已調變脈波寬度來達到明到暗的效果 色階的變化 是非常好低!!


你先想看看 我們再來討論

謝謝




===================引 用 andrewking 文 章===================
mymj & cps 你們好~~非常感謝你們的回覆!!
其實我是想設計一個Lightbar的電話啦~~就用板子插一插以後點來看看呢,但還是沒啥信心呢!!
1個LED的 spec. 改為 If=20~140mA, Vf=3.6v 的白光!
以下是我的改版後的電路,I=140mA*5=0.7A, V=3.6*5=18v, P=18*0.7=12.6w
限流電阻為 (24-18)/0.14 = 42 歐姆,功率選用1W的。R1=R2=...=R5, VR為可變電阻。



Q1: 如果小弟想要調整LED操作電流(20~140mA)來達到明亮變化,可變電阻的接法是如同VR所示嗎,只接1跟2腳嗎,但要怎麼選VR的大小
呢,是怎麼算呢? 那原來的限流電阻還留著吧???
Q2: 還在努力PWM電路中,加油!!

各位大大可以幫我解惑嗎??我是機械系出身的,目前在自學簡單的電路設計,我想以後我應該會持續上來跟大家請教呢!!
謝謝!!







cps
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#6 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-12 18:13:05 IP:203.69.xxx.xxx 訂閱
不會是用 autocad畫的吧

這電路還蠻好驗證的

用三用電錶量電壓以及電流


你所說的可變電阻 我不太懂你的意思耶

可變電阻接1,2腳

可以用三用電錶去量出電阻值

是一個旋鈕

譬如 1 2 3 三個腳位 如果12量出來電阻大 23就量出來的電阻小





===================引 用 andrewking 文 章===================

mymj & cps 你們好~~非常感謝你們的回覆!!
其實我是想設計一個Lightbar的電話啦~~就用板子插一插以後點來看看呢,但還是沒啥信心呢!!
1個LED的 spec. 改為 If=20~140mA, Vf=3.6v 的白光!
以下是我的改版後的電路,I=140mA*5=0.7A, V=3.6*5=18v, P=18*0.7=12.6w
限流電阻為 (24-18)/0.14 = 42 歐姆,功率選用1W的。R1=R2=...=R5, VR為可變電阻。



Q1: 如果小弟想要調整LED操作電流(20~140mA)來達到明亮變化,可變電阻的接法是如同VR所示嗎,只接1跟2腳嗎,但要怎麼選VR的大小
呢,是怎麼算呢? 那原來的限流電阻還留著吧???
Q2: 還在努力PWM電路中,加油!!

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andrewking
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#7 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-12 18:48:40 IP:61.64.xxx.xxx 訂閱

===================引 用 cps 文 章===================
不會是用 autocad畫的吧

這電路還蠻好驗證的

用三用電錶量電壓以及電流


你所說的可變電阻 我不太懂你的意思耶

可變電阻接1,2腳

可以用三用電錶去量出電阻值

是一個旋鈕

譬如 1 2 3 三個腳位 如果12量出來電阻大 23就量出來的電阻小





===================引 用 andrewking 文 章===================

mymj & cps 你們好~~非常感謝你們的回覆!!
其實我是想設計一個Lightbar的電話啦~~就用板子插一插以後點來看看呢,但還是沒啥信心呢!!
1個LED的 spec. 改為 If=20~140mA, Vf=3.6v 的白光!
以下是我的改版後的電路,I=140mA*5=0.7A, V=3.6*5=18v, P=18*0.7=12.6w
限流電阻為 (24-18)/0.14 = 42 歐姆,功率選用1W的。R1=R2=...=R5, VR為可變電阻。



Q1: 如果小弟想要調整LED操作電流(20~140mA)來達到明亮變化,可變電阻的接法是如同VR所示嗎,只接1跟2腳嗎,但要怎麼選VR的大小
呢,是怎麼算呢? 那原來的限流電阻還留著吧???
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謝謝!!

//==========================
CPS 大大感謝你的回答,但我比較想了解的地方是
1.我的限流電組一樣存在的話,我要如何選用我的VR大小也就是怎麼算他們的關系才知道買多大顆的,如此才能作到明亮的變化呢。
2.VR的接法1,2接才會可變的效果,所以接法就如上圖嗎??

謝謝!!







暗黑破壞神
版主


發表:9
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#8 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-12 23:33:46 IP:218.170.xxx.xxx 未訂閱
通常 VR 無法用在大電流的控制上。
andrewking
一般會員


發表:3
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#9 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-13 13:32:47 IP:60.248.xxx.xxx 訂閱

===================引 用 暗黑破壞神 文 章===================
通常 VR 無法用在大電流的控制上。

//======================================================
版主你好~~
根據你的說法,VR無法用在大電流的控制上。
但小弟想要調整LED的明亮變他,LED規格如前述圖上所示。那小弟到底該怎如何重新design我的電路,才可以達到
調整的功能呢????
可以給一些圖例或是設計的方法呢,讓我可以再來研究一下呢?????
avr
初階會員


發表:7
回覆:21
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#10 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-13 22:18:21 IP:221.169.xxx.xxx 訂閱






幫你設計好了!自己試試看吧!!
編輯記錄
avr 重新編輯於 2007-12-13 22:40:12, 註解 無‧
andrewking
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發表:3
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#11 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-14 19:10:43 IP:220.134.xxx.xxx 訂閱
请問一下,1W43歐姆有很小顆的嗎,不要像水泥電阻這麼大的呢!!!
放不下!!
avr
初階會員


發表:7
回覆:21
積分:45
註冊:2007-04-04

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#12 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-15 22:10:04 IP:221.169.xxx.xxx 訂閱


限流電阻值改10甌姆,全部電阻可使用較小1/4 瓦的
bernie_w39
資深會員


發表:3
回覆:199
積分:280
註冊:2007-10-07

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#13 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-16 01:21:20 IP:59.121.xxx.xxx 訂閱
這麼大功率的控制電路, 還是用 PWM 會好一點, 用一顆 555 作 PWM 產生, 然後
推一顆 NPN 電晶體或 N-MOS 作為控制器, 利用 VR 去調整 on duty, 這樣可能
問題會比較少一點.
編輯記錄
bernie_w39 重新編輯於 2007-12-16 01:26:36, 註解 無‧
andrewking
一般會員


發表:3
回覆:12
積分:3
註冊:2005-10-13

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#14 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-17 12:58:41 IP:210.66.xxx.xxx 訂閱
感謝各位大大的回答~~

小弟這就來去試看看吧!!!


感恩唷!
axsoft
版主


發表:681
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積分:969
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#15 引用回覆 回覆 發表時間:2007-12-18 09:33:42 IP:61.219.xxx.xxx 訂閱
LED驅動器的選擇和設計 作者:Michael Day, Texas Instruments
本文刊登於電子工程專輯 2004年7月號 介紹 今日的許多可攜式消費電子產品都有顯示螢幕,例如行動電話、呼叫器、PDA和MP3播放機,雖然螢幕的種類和大小通常是根據應用決定,但設計工程師卻必須負責為它設計電源和照明電路。包含TFT在內的絕大多數顯示器都需要背光照明,這樣使用者才能看到螢幕上的圖形和文字,白光LED是可攜式消費電子產品目前最常採用的照明裝置。這篇文章將針對如何選擇正確的白光LED驅動器,概要介紹適當的驅動器、它們的限制以及優缺點之間的取捨;文中將討論選擇白光LED驅動器時,所需評估的元件特性、提供元件的選擇標準以及實際的設計範例和佈局考量。 首先對基本原理做簡單的回顧。電流通過白光LED會使它發出可見光,由於發出的光線涵蓋整個可見光譜,所以看起來是白色,其強度正比於通過白光LED的順向電流,也就是從陽極到陰極的電流總值。工程師必須找出推動這個LED電流的最佳方法,並在各種系統層級考量間取得完美平衡,例如效率、成本和穩流誤差的容忍範圍。 恆壓與恆流的比較 驅動白光LED的主要目標是產生順向電流通過元件,這可藉由恆電壓源或恆電流源來達成。圖1是成本最低的解決方案,它將白光LED串聯一顆限流電阻,再於電路的兩端加上恆壓源。然而這種方法有其缺點,限流電阻會限制通過的電流,白光LED的非線性V-I曲線也讓這種方法的穩流能力非常差;除此之外,只要外加電壓或白光LED的順向電壓有任何變動,白光LED的電流都會改變。當額定順向電壓為3.6 V時,會有20 mA電流通過圖1的白光LED,若溫度或製程改變讓此電壓變為4.0 V (仍在正常的3 V至4 V容忍範圍內),順向電流就會下降至14 mA;換言之,順向電壓只要改變11%,順向電流就會出現30%的大幅度變動。這種白光LED電流的極端改變會影響顯示器亮度,其程度是許多應用所無法接受的。 圖1:採用限流電阻和恆壓源 比較理想的白光LED驅動方式是採用恆電流源,它能避免白光LED順向電壓改變而造成的電流變動  使用可控制的固定順向電流,就能提供可控制的固定顯示亮度。恆流源的產生非常簡單,控制器不需將電源供應輸出穩壓,而是如圖2所示,直接針對電流感測電阻的兩端電壓進行穩壓,此時通過白光LED的電流是由電源供應的參考電壓值和電流感測電阻值來決定。絕大多數顯示器都需要多顆白光LED,若設計人員可以很有彈性的驅動多顆白光LED,他們應將所有白光LED串聯,確保每顆白光LED的電流都相同。若要以並聯方式推動白光LED,每顆白光LED都必須串聯一顆限流電阻,避免通過它們的電流出現差異,但是這些電阻也會浪費電力,降低電路效率。 圖2:電感式恆流源 電感式驅動器和電荷泵浦驅動器的比較 所有專為驅動白光LED而設計的元件都提供固定電流,其中絕大多數是以電感或電荷泵浦為基礎的解決方案,這兩種解決方案各有其優缺點。電荷泵浦解決方案或稱為交換式電容解決方案,它會利用離散電容將電源從輸入端傳送至輸出端,整個過程不需使用任何電感,所以是相當受歡迎的解決方案。電荷泵浦電源供應的體積很小,設計也很簡單,選擇零件時通常只需根據元件規格表從中挑選正確的電容。電荷泵浦解決方案的主要缺點是它只能提供有限的輸出電壓範圍,絕大多數電荷泵浦元件的轉換比最多只能達到輸入電壓的兩倍,這表示輸出電壓不可能高於輸入電壓的兩倍,因此若想利用電荷泵浦驅動一顆以上的白光LED,就必須採用並聯驅動的方式。利用只能對輸出電壓進行穩壓的電荷泵浦驅動多顆白光LED時,必須使用限流電阻來防止電流分配不平均,這個電阻會減少電池的使用時間。 但是專為驅動白光LED而設計的新型電荷泵浦元件已開始將電流共享電路直接加入元件中,例如TPS60230電荷泵浦解決方案就能產生電壓提供給多個並聯的LED陽極,每顆白光LED的陰極則會直接連線到元件的不同接腳,元件內部電路會提供穩流功能,使得每顆白光LED的通過電流相差不到0.3%,而且不需要外接電阻。絕大多數以電荷泵浦為基礎的解決方案都能讓轉換效率達到60%至85%的可接受水準,更先進的電荷泵浦元件還提供分數轉換模式 (fractional conversion mode),它能在輸入電壓改變時自動切換到最有效率的轉換模式。 電感式解決方案的體積很小,效率很高,適合為絕大多數消費性產品提供更長的電池使用時間。本文將會證明,設計人員可以調整電感式轉換器的效率,以便在體積和效率之間取得最佳平衡。由於大多數電感式解決方案都是採用升壓轉換器 (圖2),它們最多能驅動六顆或七顆串聯的白光LED,這種做法有其優點,因為許多顯示器內建的白光LED都採用串聯模式;就算並未將白光LED內建至顯示器螢幕,大多數工程師還是會將它們串聯在一起。背光驅動器和白光LED通常會在不同的電路板上,因此必須將電源從一張電路板連接至另一張電路板;驅動五顆並聯的白光LED共需使用連接器的六隻接腳,驅動串聯在一起的五顆白光LED只需要兩隻接腳。 白光LED驅動器的特性 許多應用的螢幕需要背光調整功能,例如PDA等產品的使用者就能調整螢幕亮度,以配合周圍環境的照明情形,還有許多產品的處理器會在系統閒置一段時間後,自動降低或切斷背光電源,例如行動電話就是如此。調光功能的實作方法可分為兩種:類比和脈衝寬度調變 (PWM)。採用類比調光技術時,只需將白光LED的電流降至最大值的一半,就能讓螢幕亮度減少50%。這種方法的缺點包括LED光色會移動,而且需要類比控制訊號,但應用產品通常並未提供這類訊號。PWM調光技術會提供完整電流給白光LED,但會減少電流負載週期 (duty cycle),進而達成調光的要求,例如要將亮度減半,只需50%的負載週期提供完整電流。PWM訊號頻率通常會超過100 Hz,確保這個脈衝電流不會被眼睛察覺,PWM頻率的最大值需視電源供應的啟動和反應時間而定;為了得到最大彈性,同時讓整合更簡單,白光LED驅動器最高應能接受50 kHz的PWM頻率。調光訊號通常來自於系統處理器的GPIO接腳。 為了因應可能出現的開路故障,固定電流的白光LED驅動器需要過電壓保護功能。如同前面所述,白光LED和驅動器通常在不同的電路板,因此連接器的接腳脫落就會造成開路故障,另一個可能性則是白光LED故障成為開路;無論是那一種情形,驅動器為了提供固定電流,都會增加它的輸出電壓,此時若無保護電路,輸出電壓很快就會升高,對元件或輸出電容造成損害。保護驅動器的最簡單方法是選擇內建過電壓比較器的元件,並利用此功能來限制最大輸出電壓,例如TPS61043就具備這項功能。齊納二極體也可用來限制最大輸出電壓,然而這種做法的效率極差,因為在故障期間,會有預先設定的最大電流通過齊納二極體。 負載切斷功能是白光LED驅動器電源供應常被忽略的特色之一,電子式負載切斷功能可於電源供應關掉後,將白光LED與輸入電源之間的連線切斷,這項功能在下面兩種情形非常重要:關機和PWM調光。如同圖2所示,就算升壓轉換器的電源被切斷,負載仍會經由電感和逆向電壓保護二極體 (catch diode) 連接到輸入端。由於輸入電源仍連接至白光二極體,就算電源供應停止工作,依然會有很小的電流繼續通過。可攜式產品可能有高達95%的時間處於待命狀態,就算洩漏電流非常小,電池壽命也會大幅減少。負載切斷功能對於PWM調光也很重要,因為在PWM截止導通期間,電源供應雖然不供應電流,但輸出電容卻仍連接至LED,若沒有負載切斷功能的協助,輸出電容就會透過LED繼續放電,直到調光脈衝讓電源供應進入導通狀態。由於輸出電容在每個調光週期剛開始時都處於部份放電狀態,電源供應也必須在週期開始時對這些輸出電容進行充電,使得每個週期都會出現湧入電流尖波,這個湧入電流不但降低系統效率,還會在輸入電源線路上造成電壓暫態變動。有了負載切斷功能,LED與電路的連線就會切斷,當電源供應停止導通時就不會有洩漏電流,輸出電容也能在PWM調光週期之間保持滿電位狀態。負載切斷電路的最佳實作方式是在LED和電流感測電阻之間加入MOSFET電晶體,因為將MOSFET電晶體加在電流感測電阻和地線之間會造成額外的電壓降,此電壓還會成為輸出電流設定點的誤差電壓。 設計範例概述 瞭解各種白光LED驅動法的優缺點後,現在就能開始應用這項知識。在此範例中,我們將會設計手機螢幕的白光LED驅動器,由於它是一部多功能手機,因此電源是由輸入電壓在2.7 V至4.2 V之間的鋰離子電池供應。手機螢幕內建四顆串聯的白光LED,每顆的最大順向電流為20 mA,這種設計需要20 mA最大輸出電流和4 × 4 V = 16 V電壓。該手機規格要求螢幕亮度調整功能,讓手機閒置一段時間後,能夠逐漸降低螢幕亮度。系統處理器通常是由OMAP元件擔任,負責提供PWM調光功能所需的數位訊號。電池壽命是主要考量,因此效率應儘量提高。行動電話螢幕大約有98%的時間處於待命模式,因此需要真正的負載切斷功能,以便延長電池的使用時間。行動電話受到體積限制,需要小型的整合式解決方案,TPS61043則是滿足這些要求的最佳選擇,它是功能完全整合的電感式升壓轉換器,內建功率FET電晶體,也是專為白光LED而設計的驅動元件。TPS61043採用3 × 3釐米QFN封裝,還提供負載切斷、過電壓保護和PWM調光功能,1 MHz開關頻率讓此元件能夠使用體積最小的外部零件。 元件資料表提供數種典型的應用電路,我們將它做為這項設計的起始點,圖4就是這些線路圖之一,它似乎能提供本設計所需的功能。工程挑戰在於選擇正確的外部零件,同時完成適當的電路圖佈局。電流感測電阻是最容易挑選的零件,正確的電阻值是由元件參考電壓0.252 V除以所要求的白光LED最大電流0.02 A所決定,此處相當於12.6 Ω,接著只需選擇最接近這個值的標準電阻即可。注意電阻上的功耗只有0.02A2 × 12.6 Ω,也就是5 mW,因此選擇0402外型的電阻器以節省電路板面積。 選擇電感 選擇適當的電感不僅對確保設計符合效率要求很重要,也能配合有限的電路板面積。電感的選擇必需考慮三項參數:電感值、飽和電流和線圈阻抗 (DCR)。如同所有的交換式轉換器,選擇電感就是在效率和電路板面積間做出取捨,較大的電感值提供更小的阻抗、更高的效率和更大的飽和電流額定值。較小的電感則使用較少的電路板面積,飽和電流額定值也較小,但線圈阻抗卻比較大,因此整體效率較低。最後選擇的電阻值必然是電路板面積和效率之間取捨。 在傳統的升壓轉換器中,輸出電感和電容會決定轉換器的回授迴路是否穩定,因此被選中的電感、電容和補償網路零件都必須經過測試,確保電路能夠穩定工作。TPS61043包含先進的控制電路,無論使用多大的電感值,它都能確保電源供應穩定,因此不必考慮回授補償的問題。在這個控制拓樸中,開關頻率是由電感值、輸入電壓、輸出電壓和負載電流所決定,其計算公式如下: 公式1:TPS61043的開關頻率 其中: Io是白光LED的電流 (最大值0.02 A) Vo是輸出電壓 (最大值16 V) Vin是輸入電壓 (最小值2.7 V) Vf逆向電壓保護二極體 (catch diode) 的順向電壓降,此處假設為0.4 V Ilim是峰值開關電流 (總是0.4 A,由控制拓樸決定) Lout是電感值 既然體積是重要的設計參數,電源供應當然應使用很高的開關頻率,但由於電感式轉換器的開關損耗會受到開關頻率影響,因此頻率越高通常就代表效率越低。同樣的,較低的開關頻率可以提供較高效率;不幸的是,要如何選擇最適當的開關頻率,才能將轉換器開關損耗減至最少,這個問題目前仍沒有任何封閉型式 (closed form) 方程式可供求解。典型的設計程序是選擇一個接近最大可能頻率的頻率,設計轉換器,然後重新調整開關頻率和測量工作效率,接著不斷重複整個過程,直到他們發現效率令人滿意的設計為止。將開關頻率任意設為700 kHz,利用公式1可計算出電感值為4.8 μH,由於4.7 μH是業界標準的電感值,我們將電感的第一項參數,它的電感值,設為4.7 μH。 無論電源或負載的狀況如何,TPS61043控制拓樸都會將電感的峰值電流設為400 mA,因此我們將第二項電感參數,也就是飽和電流,設為400 mA。第三項參數是線圈阻抗,它會決定電感的體積,並且對設計的整體效率造成重大影響。muRata LQH32CN4R7是飽和電流為650 mA的4.7 μH電感,故能符合我們的第一項電感參數要求,也超出我們的第二項參數要求。這顆電感的線圈阻抗為150 mΩ,體積則只有3.2 × 2.5 × 1.55釐米。表1是這兩種電感的比較。 表1:電感的比較
Isat (mA)電阻 ()L (mm)W (mm)H (mm)
Murata LQH32CN4R76501503.22.51.55
Coilcraft LPO1704-4721.12006.65.51.0


白光LED驅動器的效率測量和比較必須很小心。典型的電源供應效率量測值是由輸出功率除以輸入功率計算而得,但使用白光LED驅動器時,重要的輸出參數是白光LED的光輸出,但這個值的量測並不容易。白光LED提供的功率和電源供應的總輸出功率並不相同,用於效率計算的電壓應該是白光LED兩端的電壓,而不是電源供應的輸出電壓;計算工作效率時,電流感測電阻兩端的電壓不應包含在輸出功率內,這個電阻的功耗是由白光LED驅動器的參考電壓所決定,在其它因素都相同的情形下,白光LED驅動器的參考電壓越低,它的效率就越高。比較兩家製造商的產品效率時,先確認他們對於效率有著相同定義。

選擇輸入電容
輸入電容幫助穩定電源供應器的輸入電源阻抗,這在電池供電型系統中極為重要,因為在電源供應的開關頻率下,所有電池都會有很高的阻抗。若沒有輸入電容,交換式電源供應器以脈衝形式自輸入端汲取電流時,就會在輸入電源線路上產生很大的電壓漣波,進而衝擊到系統的其餘部份。這顆元件建議使用4.7 μF的陶瓷輸入電容,但設計人員可以使用更大的電容值,沒有任何限制。較小的電容值可以節省電路板面積和成本,但會增加輸入的漣波電壓,在不增加輸入電容之前題下,減少輸入漣波電壓的方法之一是提高驅動器的開關頻率,這可藉由減少電感值來達成;在較高的開關頻率下,電容阻抗變得較小,這能降低漣波電壓。

選擇輸出電容
交換式升壓轉換器的輸出電容會直接影響輸出漣波電壓,但輸出電壓對於白光LED驅動電路並不重要,因此這個設計可以使用低至0.1 μF的輸出電容。這麼小的輸出電容確實會造成很大的漣波電壓,它會讓白光LED出現很大的漣波電流,幸好漣波電流並不會對白光LED造成困擾,顯示器亮度是由白光LED平均電流決定,任何頻率在100 Hz以上的漣波電流都不會被眼睛察覺。假設白光LED電流波形的波峰為30 mA,波谷為10 mA (平均20 mA),那麼它所產生的顯示器亮度會和20 mA直流電流完全相同。輸出電容最好是使用陶瓷電容,而且它的電壓額定值應該高於電源供應器的工作電壓,我們的輸出電壓大約是16 V,因此可以使用16 V的電容,這是因為就算在故障情形下,輸出電壓也只會上升至19 V,而陶瓷電容都是在兩倍的額定電壓下完成預燒 (burned in),所以16 V的輸出電容仍在可接受範圍內。對於壽命極長或可靠性很高的產品,最好使用電壓額定值較高的輸出電容。

選擇逆向電壓保護二極體 (Catch Diode)
電源供應的逆向電壓保護二極體 (圖2中的D1) 很容易選擇,它需要和電感相同的峰值電流額定值,逆向電壓額定值必須大於LED兩端的電壓。順向電壓很小的蕭特基二極體可以提供最大效率。

佈局
選擇正確的元件,並為它挑選支援零件,這些都只是設計程序的一部份。電路必須正確佈局,讓它能正常工作,而且不會產生過多的系統雜訊。圖6是最後得到的白光LED驅動器線路圖以及重要的電壓和電流波形,圖7則是典型的電路板佈局。在電源供應器中,最重要的佈局約束條件就是從D1經過輸出電容到地線,再進入元件的地線接腳,然後從元件的SW接腳離開,最後再回到D1,這整個路徑所圍出來的迴路區域,這個迴路應該越短越好。C1的位置必須靠近L1,以提供波形A所示的脈衝電流,此電流從C1出發,經過L1到地線,然後再回到C1,這個實體迴路應儘量縮小。波形B是切換點 (switch node) 的電壓,它會以每秒60萬次的速度在地電位和輸出電壓之間切換,因此這個電路節點應該越短越好,減少任何可能的電磁幅射。注意波形B的電流會被分成波形C和D,這兩個路徑上的電流都非常不連續,因此路徑長度必須儘量縮短,減少電磁幅射和電路板的電壓擺動。注意輸出電容的位置很靠近電源供應,而不是靠近負載,讓輸出電容靠近電源供應後,所有開關電流將侷限在電源供應端。由於電流是從電源供應流向白光LED,波形E幾乎就是直流,負載端也不需要電容或是濾波。如果輸出電容的位置靠近白光LED,而不是電源供應電路,波形B的電流就會在兩張電路板之間流動,使得系統雜訊增加。

結論
這篇文章說明只要完成系統需求定義,正確的白光LED驅動器就更容易選擇。若想採用電感式解決方案,零件的選擇將由電源供應需求和系統需求來決定。設計人員只要瞭解每顆零件如何對系統產生影響,就能完成體積或效率最佳化的設計。如果無法在系統電路板上完成正確的電路佈局,就算是最好的系統也無法順利工作;另外,瞭解電源供應的波形對於產生可以工作的電路佈局是非常重要的。
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PWM Dimming Waveform (Channel 1)

Datasheet: http://www.national.com/ds.cgi/LM/LM3432.pdf
andrewking
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版主提供的Solution 真的很不錯的樣子呢,但小弟現在還需要一段時間才能有辦法成長到會使用控制IC呢。

加油嘍~~我會努力的!!
系統時間:2024-03-29 8:42:42
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