你的位置:首页 > 光电显示 > 正文

Li+电池供电、低压高亮度(HB) LED解决方案

发布时间:2017-05-05 来源:Keith Welsh 责任编辑:wenwei

【导读】高亮度(HB) LED是电池备份照明中的优选方案,特别是应急照明设备。然而,将高效率LED光源与高容量、单节Li+电池组合在一起时会面临诸多挑战。本应用笔记介绍了利用MAX16834 HB LED驱动器从低压电源产生HB LED驱动的实用方案。
 
概述
 
高亮度(HB) LED目前已广泛用于各种照明设备,其光输出量(发光效率)通常以流明/瓦为单位计量,已经超过了荧光灯的发光效率。可靠性及安全特性使得HB LED成为电池备份照明系统(应急照明等)的优选方案。
 
随着LED制造技术以及电池技术的进步,目前最高容量的锂离子(Li+)电池能量密度可以达到750kJ/kg左右;镍氢(NiMH)电池的能量密度略低一些,大约为200kJ/kg (而汽油的能量密度为44MJ/kg)。单节Li+电池的端电压约为3.7V,要想直接驱动多个串联的LED,则需把多节电池串联在一起,但这会带来功率分配等设计问题,用户也往往首选单节电池供电的方案。
 
采用高容量、单节Li+电池驱动高效率LED光源时,由于电池电压仅为3V至4V,需要解决电源转换问题。本应用笔记介绍了Maxim MAX16834 HB LED驱动器从低压电源产生HB LED灯串驱动的解决方案。
 
采用连续boost模式驱动LED灯串时效率低下
 
以常见的boost配置拓扑为例,例如:标准的MAX16834 HB LED驱动器评估板(EV) MAX16834EVKIT (图1)。
 
Li+电池供电、低压高亮度(HB) LED解决方案
图1. 常见的HB LED驱动器boost配置
 
为了向开关MOSFET提供足够的栅极驱动电压,MAX16834要求工作电压至少为4.5V,以便MOSFET进入低阻导通状态。对于采用n沟道FET工作在boost模式的HB LED驱动器,这者要求很常见。
 
单节Li+电池的驱动电压可能低至3V,无法支持电路中FET及其它电路的正常工作。这就需要将电池电压提升到较高电压,器件即可正常工作。
 
首先,驱动电路提升电池电压用于控制器供电,然后再为LED灯串提供所要求的驱动电流,这种架构会在一定程度上增大功耗,进而影响电池的使用寿命。因为总体效率是每一级效率的乘积,例如,如果升压效率为70%,而控制级的效率为70%,那么总体效率只有大约50%。
 
本文介绍的方案采用低成本、低功耗boost转换器为评估板中的HB LED驱动器提供稳定的5V电源。同时,由电池直接驱动FET boost转换器。这种方式下,只对电池进行一级升压,即可为LED灯串供电。
 
Boost转换器同时为LED灯串和FET供电
 
MAX16834是一款通用的HB LED驱动器,允许通过模拟和脉宽调制(PWM)进行调光。器件可实现升压、升/降压、SEPIC和高边buck拓扑。除了驱动由开关控制器控制的n沟道功率MOSFET开关,器件还可驱动n沟道PWM调光开关,以实现LED PWM调光。器件集成了宽范围调光、固定频率HB LED驱动所需的全部电路。
 
需要对MAX16834EVKIT进行一些更改,该设计中使用了MAX8815A boost转换器。其评估板默认设置为5V输出,无需更改标准电路(图2)。
 
Li+电池供电、低压高亮度(HB) LED解决方案
图2. MAX8815AEVKIT提供所需的5V输出,无需更改电路
 
方案设置
 
整个电路用于驱动6只Seoul Semiconductor P7 LED组成的灯串,可提供高达1A的驱动电流。虽然LED可以通过大于1A的电流,但标准MAX16834评估板的最大电流为1A,足以支持设计分析。图3所示为HB LED驱动器和升压转换器配置。
 
Li+电池供电、低压高亮度(HB) LED解决方案
图3. MAX16834 HB LED驱动器和MAX8815A升压转换器
 
为了消除电池放电期间对电压的影响或电池阻抗的升高,可采用大电流、低电压电源代替电池,从而使输入电压保持基本稳定,通过改变LED驱动电流改变系统负载。
 
测量输入和输出的电流、电压,得到5V、4V和3V电源下系统的性能参数,这些数据模拟单节Li+电池的预期电压范围。测量输入和输出电流需要独立校准的数字电压表(DVM),当然也有替代方案。可利用MAX9938电流检测放大器评估板测量输入电流,采用非常小的检流电阻,将其引入的测量误差降至最小。标准分流器为50mΩ、4端电阻,采用6个100mΩ电阻并联在其两端,得到12.5mΩ检流电阻(图4)。
 
Li+电池供电、低压高亮度(HB) LED解决方案
图4. MAX9938EV标准分流器为50mΩ、4端电阻(R1)。利用6个100mΩ电阻并联R1,得到12.5mΩ检流电阻。
 
因此,评估板从2.5V/A转换为625mV/A,这样,即可用同一DVM测量所有电压。
 
利用同一数字电压表(DVM),通过测量评估板上0.1Ω串联电阻的电压,即可确定输出电流。这一方法确保所有电流、电压读数均通过电压测量确定。使用同一DVM完成所有测量,从本质上抵消了测试装置的校准误差,系统测试如图5所示。
 
Li+电池供电、低压高亮度(HB) LED解决方案
图5. 系统框图
 
将电压测量结果输入Excel®电子表格,计算输入/输出电流及输入/输出电压测量值,绘制三种电源电压下的系统效率(表1和图6)。
 
表1. 性能测试结果
 
Li+电池供电、低压高亮度(HB) LED解决方案
Li+电池供电、低压高亮度(HB) LED解决方案
 
Li+电池供电、低压高亮度(HB) LED解决方案
图6. MAX16834 HB LED驱动器在三种电压下的性能数据
 
测量时,负载从零(全部LED熄灭)增大至评估板满载(LED灯串电流最大约1A)。数据表明,电压较低时,提供给输出的功率减小。这是因为输入电源将系统的输入电流限制为4A,电池源通常也存在此类限制。
 
结论
 
对电路进行少许修改,MAX16834可用于驱动HB LED灯串。即使在电池电压低至3V时,总体转换效率也可维持在大约90%或以上。能够帮助工程师采用最新技术、高容量Li+电池提供照明解决方案,避免多级电源转换而导致的效率低下问题,有助于延长电池使用寿命。
 
本文转载自Maxim。
 
 
 
 
 
推荐阅读:


实现LED照明智能化
心率监测/健身监测设备走向无线化
开关电源32个测试项:测试所需工具、测试方法、波形
开关电源各种保护电路实例详细解剖!
开关电源15种损耗分析与对策
 
 
 
 
 
特别推荐
技术文章更多>>
技术白皮书下载更多>>
热门搜索

关闭

关闭