如何利用LED调光技术来提升LED的发光效率

降压升压的拓扑方式电流相对较高,举例来说,如果输入及输出电压相同,电感及电源开关电流是输出电流的两倍以上,这对效能及功率消耗会造成负面影响。图3的「升压或降压」拓扑可减轻这些问题,在此电路中会有一个升压功率级,之后则有一个降压功率级。如果输入电压高于输出电压,升压功率级就会提供电压调节,而降压功率级则只传递功率。如果输入电压低于输出电压,则降压功率级提供电压调节,升压功率级传递功率。通常降压及升压的运作,会有一些重迭的时间,因此在变换模式时不会出现死区(Dead-band)。

如何利用LED调光技术来提升LED的发光效率

如果输入与输出电压几乎相同,则此电路所拥有的有利条件,就是开关与电感电流几乎等于输出电流,电感链波电流也会有较少的倾向。即使此电路中有四个功率开关,通常仍有显著的效能增进现象,这是电池应用的关键所在。图3所显示的SEPIC拓扑所需的FET较少,但是需要更多被动组件。SEPIC拓扑的优势,在于简易的接地参考FET及控制电路。此外,双通道电感可以结合为单耦合电感,节省面积与成本。不过和降压升压拓扑一样,SEPIC拓扑的开关电流较「降压或升压」及脉冲输出电流为高,需要能处理大量RMS电流的电容器。

基于安全考虑,可能会规定在脱机电压及输出电压之间进行隔离。此应用方式下,最节省成本的解决方法就是使用返驰转换器(图4),在所有的隔离拓扑中,这种作法所需要的组件数量最少。变压器匝数比可用来对输出电压进行降压、升压或降压升压,设计弹性很大,不过缺点在于电源变压器基本上是订制组件。此外,在FET以及输入和输出电容器中,也会有高组件应力的情形出现。应用固定灯光时,可以使用「慢速」的回馈控制循环,调节LED电流与输入电压同相位的情形,进行功率因子校正(PFC)。这样可以调节所需的平均LED电流,并能调节输入电流与输入电压同相位的情形,以提供高功率因子。

如何利用LED调光技术来提升LED的发光效率

LED调光技术藉PWM降低亮度较佳

LED常须要调光,举例来说,有时可能须要调整显示亮度或是建筑照明。有两种方式可以达到这个目标,一是降低LED电流,二是快速开关LED让肉眼平均其亮度。效果最差的方法就是降低电流,因为灯光输出与电流之间并不是完全的线性关系。此外,LED的颜色光谱在电流低于最大额定值时,会有偏移的倾向。人类对亮度的察觉是一种指数关系,因此如果要调整亮度,可能须要大幅度改变电流,这对电路设计的影响甚大。因为在最大电流下3%的调节错误,可能会因为电路容忍度,在10%的负载时出现30%以上的错误。藉由脉冲宽度调变(PWM)影响电流而降低亮度,是比较正确的作法,不过仍然有反应速度的问题。在照明或显示时,须要使用100Hz以上的脉冲宽度调节,人类眼睛才不会察觉到闪烁的情形。10%的脉冲宽度是在毫秒范围之中,因此电源供应的带宽需要大于10kHz。

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