工程师如何选择LED恒流源周边器件.docx

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工程师如何选择LED恒流源周边器件

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文子

电感选择:

在设计LED恒流源时为保持严格的滞环电流控制,电感必须足够大,保证在HO,ON期间,能向负载供应能量,避免负载电流显著下降,导致平均电流跌到期望值以下.

首先,我们来看一下电感的影响,假设没有输出电容（COUT）的存在,这样负载电流和电感电流完全一致,能更清楚地说明电感的影响.下图给出了在输入电压的变化范围内,电感值对频率的影响.可以看出,输入电压对频率的影响很大,电感值在输入低电压时对降低频率有很大影响.（注:

您的不一定是和参考图完全一样,我在此只是说明问题）

上图是不同电感值下的频率响应.下图说明了电感减小时,在输入电压的变化范围内,负载电流的变化明显增大.

下图给出了频率根据不同的输出电压和不同的电感值的变化曲线.

下图,说明了电感减小时,在输出电压的变化范围内,负载电流的波动明显增大.

LED的驱动电路产生人耳听得见的噪声（audiblenoise,或者microphonicnoise）.通常白光LED驱动器都属于开关电源器件（buck、boost、chargepump等）,其开关频率都在1MHz左右,因此在驱动器的典型应用中是不会产生人耳听得见的噪声.但是当驱动器进行开关调节的时候,如果PWM信号的频率正好落在200Hz到20kHz之间,白光LED驱动器周围的电感和输出电容就会产生人耳听得见的噪声.所以设计时要避免使用20kHz以下低频段.

我们都知道,一个低频的开关信号作用于普通的绕线电感（wirewindingcoil）,会使得电感中的线圈之间互相产生机械振动,该机械振动的频率正好落在上述频率,电感发出的噪音就能够被人耳听见.电感产生了一部分噪声,另一部分来自输出电容. 

选择电感感值大小在参考设计范围左右最多的是您的经验值,合适的选择感值主要需要考虑的条件是线路工作在合适的频率范围、合适的开关频率减少MOS开关次数,减少mos发热量、避免与同PCB线路同频干扰;选择合适的电感内阻,内阻是电感发热的主要因数,从而提高线路效率;选择合适的电流值,有时体积和成本是制约主要因数,但是还是要大于峰值电流的2倍（通常在65%）,就算在板级空间十分珍贵的情况下也要保证30%预留空间余量,这样可以有效的减小内阻,减小发热量;质量不好、绕制松散电感器件也会有噪声;未屏蔽的电感在金属外壳安装时会发生线路震荡频率改变,从而产生噪声,这时需要将电感屏蔽;另外,当被屏蔽干扰信号的波长正好与金属机壳的某个尺寸接近的时候,金属机壳很容易会变成一个大谐振腔,即:

电磁波会在金属机壳内来回反射,并会产生互相迭加.

为了获得最佳的效率,应选用铁氧体磁芯电感器.应选择一个能够在不引起饱和的情况下处理必须的峰值电流的电感器,确保该电感铜线低的DCR（铜线电阻）.以便减小I2R功耗.切记电感铜线绝缘层耐不了160度或长时间高温温度环境,SMT有时也会有影响,会使得电感感值发生严重变化,要仔细了解供应商产品温度忍耐限度要求.

EMC电感选择:

EMC电感用在输入和输出过滤器可以用来减少传导干扰,用于低于EMC标准的限制设计.所有的电感器都需要铁粉磁心而非铁氧体.在它饱和前,可以处理更大电流,需要依据负载选择合适的电流值.

制作滤波电感,选用何种磁心材料,除了必须注意防止磁心饱和问题外,还必须考虑到磁心的恒磁导特性.需要指出,有些设计人员往往只注意电感量的指标,选择磁导率高的材料,以减少线圈的匝数,而对于电感额定电流较大时,电感量是否减少,减少到什么程度,会不会达到饱和,考虑较小.这是应该注意避免的.

由于铁粉心具有饱和磁通密度高,恒磁导特性好,价格便宜,而得到了广泛应用.

输出电容器件选择:

输出可同时使用输出电容以达到目标频率和电流的精确控制.电容能在整个输入电压范围内减小频率,一个小的4.7μF的电容就能显著减小频率.电流的调整也能因为电容值的增加而得到改善.从下面图片可以很容易看到,图上存在一个拐点,再增加电容值,对操作频率和输出电流的调整影响不大.

增加输出电容（COUT）,从本质上来说,是增加了输出级所能储存的能量,也就意味着能供应电流的时间加长了.因此通过减慢负载的di/dt瞬变,频率显著减小.有了输出电容（COUT）之后,电感的电流将不再和负载上看到的电流保持一致.电感电流仍将是完美的三角形的形状,负载电流有相同的趋势,只不过所有尖锐的拐角都变得圆滑了,所有的峰值明显减小,如下图所示.

应用设计在输出端上采用低ESR（等效串联电阻）陶瓷电容器,以最大限度的减小输出波纹.采用X5R或X7R型材料电介质,这是与其它电介质相比,这些材料能在较宽的电压和温度范围内维持其容量不变.对于大多数高的电流设计,采用一个4.7至10uF输出电容就足够了.具有较低输出电流的转换器只需要采用一个1至2.2uF的输出电容器.