Im 21. Jahrhundert rückt der Energieverbrauch in der gesamten menschlichen Gesellschaft zunehmend in den Fokus. Aufgrund der grundlegenden Nachfrage nach Beleuchtung ist die Nutzung von mehr Energie zur Erzeugung von mehr Licht zu einer treibenden Kraft bei der Erforschung neuer Beleuchtungstechnologien geworden. Von der ursprünglichen Kraftstoffbeleuchtung bis zu Glühlampen, von Leuchtstofflampen bis hin zu verschiedenen Leuchtstoffen hat sich LED-Lichttechnik herausgebildet. In der heutigen Gesellschaft fördert die Differenzierung der Lichtumgebungsanforderungen verschiedener Mediengeräte die menschliche Erforschung der Verwendung verschiedener Leuchtdioden mit hoher Helligkeit für die Beleuchtung weiter. Die Anwendung von LEDs in der Beleuchtung hat große Aufmerksamkeit auf sich gezogen.
LED Grundprinzip und Leistungsmerkmale
Zunächst stellen wir die grundlegenden Prinzipien und Leistungsmerkmale von LEDs vor. Die Grundstruktur der LED ist ein elektrolumineszierendes Halbleitermaterial, das auf einem verbleitem Regal platziert und dann mit Epoxidharz abgedichtet wird, um den inneren Kern zu schützen. Daher hat die LED gute seismische Eigenschaften. Der Kernabschnitt der Leuchtdiode ist ein Wafer, der aus einem p-Typ-Halbleiter und einem n-Typ-Halbleiter besteht, und eine Übergangsschicht zwischen dem p-Typ-Halbleiter und dem n-Typ-Halbleiter wird als PN-Übergang bezeichnet. In einigen PN-Übergängen von Halbleitermaterialien rekombinieren die injizierten Minoritätsträger mit den Majoritätsträgern, um überschüssige Energie in Form von Licht freizusetzen, wodurch elektrische Energie direkt in Lichtenergie umgewandelt wird. Der PN-Übergang fügt eine Sperrspannung hinzu, und Minoritätsträger sind schwer zu injizieren, so dass sie kein Licht emittieren. Wenn es in dem Vorwärtsarbeitszustand ist (dh die Vorwärtsspannung wird an beide Enden angelegt), emittiert der Halbleiterkristall, wenn der Strom von der Anode der LED zu der Kathode fließt, Licht mit verschiedenen Farben von Ultraviolett bis Infrarot und Intensität des Lichts ist mit dem Strom verbunden.
LED-Lichtquellen haben folgende Eigenschaften:
1. Spannung: LED Vorwärtsleitung Arbeitsspannung ist niedrig, kann durch Niederspannungsstromversorgung angetrieben werden, variiert die Stromversorgung Spannung nach dem Endprodukt, ist eine relativ sichere Beleuchtung Ausrüstung, besonders geeignet für öffentliche Plätze.
2. Wirksamkeit: Bei gleicher Beleuchtungsstärke wird der Energieverbrauch gegenüber der Glühlampe bei gleicher Lichtwirkung um 80% reduziert.
3. Anwendbarkeit: Jeder Einheit LED-Chip ist ein Quadrat von 3-5mm, also kann es zu den verschiedenen Formen vorbereitet werden und ist für eine variable Umgebung passend.
4. Stabilität: normalerweise 100.000 Stunden, der Lichtverfall ist die anfänglichen 50%.
5. Antwortzeit: Die Antwortzeit der Glühlampe ist Millisekunde und die Antwortzeit der LED-Lampe ist Nanosekunden.
6. Umweltverschmutzung: kein schädliches Metall Quecksilber.
7. Farbe: Die LED-Farbe und die Lichtausbeute beziehen sich auf die Materialien und Prozesse zur Herstellung von LEDs. Derzeit gibt es drei Grundfarben Rot, Grün und Blau.
8. Preis: Im Vergleich zu Glühlampen ist der Preis von LED höher. Der Preis mehrerer LEDs kann mit dem Preis einer Glühlampe vergleichbar sein. Mit dem Fortschritt der Technologie kann jedoch das Preis-Leistungs-Verhältnis schrittweise verbessert werden.
LED-Antriebslösung
Seit dem Aufkommen von LEDs haben LEDs große Aufmerksamkeit erhalten. LED-Treiber und Treibermethoden werden ständig aktualisiert, um LEDs für die menschliche Beleuchtung effizienter zu betreiben. Vom frühen DC / DC-Schaltnetzteil bis zur Ladungspumpe sowie dem Low-Side-Antrieb und LDO für die Kosten wählen die Menschen unterschiedliche Antriebslinien in verschiedenen Anwendungen, was ein Hotspot auf dem Markt ist. Die Hintergrundbeleuchtung von tragbaren Produkten ist eine LED-Hintergrundbeleuchtung. Der Hauptmarkt, der für die Hintergrundbeleuchtung tragbarer Produkte gedacht ist, stellt einige gängige LED-Treiberlösungen vor.
1. DC / DC-Schaltnetzteil mit Aufwärtsschaltung realisiert LED-Ansteuerung
Die Hauptmerkmale des Programms sind: niedrige Eingangsspannung, sogar so niedrig wie 0,7 V (Single-Cell-Trockenbatterie). Aus der Sicht der technologischen Entwicklung erscheint der Serienantrieb früher, die Technologie ist ausgereifter und die Effizienz ist höher. Eine typische Anwendungsschaltung ist in 1 gezeigt.
Abbildung 1: Typische Anwendungslinie für ein LED-getriebenes DC / DC-Schaltnetzteil.
Für diesen Anwendungsmodus verwendet der frühe Treiberchip hauptsächlich den gegenwärtigen Rückkopplungsmodus, und der Strom der LED wird gemäß VFB / Rb bestimmt. Die DC / DC-Rückkopplungsspannung VFB beträgt im Allgemeinen ungefähr 1,2 V, was die weitere Verbesserung des effektiven Wirkungsgrads selbst begrenzt. DC / Der Wirkungsgrad von DC beträgt ungefähr 80%. In dieser Anwendung wird die tatsächliche Effizienz mehr reduziert. Mit der Verbesserung der Technologie kann eine Verringerung der VFB-Spannung auf 0,1 V den effektiven Wirkungsgrad auf über 85% erhöhen, insbesondere beim Fahren. 2-3 Lichter im Anwendungszustand. Die Vor- und Nachteile dieses Programms sind wie folgt:
Vorteile: ausgereifte Technologie, relativ niedrige Kosten, hohe Helligkeits-Gleichmäßigkeit und hoher Sicherheitsfaktor durch einige neue technologische Innovationen, wie die in Bild 1 gezeigte Überspannungsschutzfunktion oder die Kombination von Spannungs- und Stromrückführung. Speziell für Hintergrundbeleuchtungen mit großformatigen Bildschirmen. Da mehr LEDs benötigt werden, um Hintergrundbeleuchtung des Bildschirms zu erzielen, sind Helligkeitsgleichförmigkeit und -gleichmäßigkeit Herausforderungen, denen man sich stellen muss.
Nachteile: Die Verwendung einer eigenen Induktivität begrenzt die Größe und Höhe der Leitung und bringt Probleme mit sich, denen die Ingenieure nicht begegnen wollen - die EMI-Verarbeitung, insbesondere in der Nähe des HF-Teils, erfordert eine spezielle Verarbeitung für Störungen, andernfalls wird es zu HF-Empfang. Die Empfindlichkeit ist reduziert, und selbst die Interferenz des Audioteils, beispielsweise der Audioausgangsstrom, beeinträchtigt den Klang. Wenn in diesem Anwendungsfall eine LED ausfällt, wird die gesamte LED-Kette ausfallen, was die Leute nicht sehen wollen.
2. Antriebsmodus der kapazitiven Ladungspumpe
Dies ist eine relativ neue Art zu fahren. Einfach ausgedrückt, verwendet eine kapazitive Ladungspumpe eine Schalteranordnung und einen Oszillator, eine Logik und einen Vergleichssteuerer, um eine Spannungserhöhung zu erreichen, und Kondensatoren, um Energie zu speichern. Aufgrund seines Hochfrequenzbetriebs können kleine Keramikkondensatoren (1 μF) verwendet werden, was Platz und Kosten minimiert. Die Ladungspumpe hat zwei Betriebsmodi, einen Konstantspannungsmodus und einen Konstantstrommodus.
1) Konstantspannungsmodus-Ladungspumpe. Shengbang Microelectronics SGM3110 ist eine Ladungspumpe mit Konstantspannungsmodus. Aufgrund der Betriebseigenschaften der Konstantspannungs-Ladungspumpe weist sie eine hohe Schaltfrequenz und einen großen Spitzenübergangsstrom auf. Daher benötigen Ingenieure zusätzliche Aufmerksamkeit im Leiterplattenlayout. Es ist erforderlich, dass der periphere Kondensator so nah wie möglich bei dem Gerät selbst ist. Die periphere Verdrahtung sollte so kurz wie möglich sein. Die periphere Leiterplatte sollte so groß wie möglich sein. Der periphere Kondensator sollte direkt mit der Masse des SGM3110 verbunden sein. Wenn die Verdrahtung begrenzt ist, kann sie durch die große PCB übergehen. Und mehrere Durchkontaktierungen für eine gute Erdung.
Wirkungsgradberechnungsmethode: η = Iout * Vout / Iin * Vin
Da das Gerät selbst Schaltverluste und Kondensatorverluste aufweist, ist der tatsächliche Wirkungsgrad niedriger als dieser Wert, der mit der Prozesstechnologie des Herstellers zusammenhängt. Der Vorteil der Verwendung dieses LED-Antriebsmodus besteht darin, dass es die peripheren Leitungen vereinfachen und die Produktkosten reduzieren kann. Insbesondere bei kleinen Bildschirmen werden 1-2 LEDs als Bildschirmhintergrundbeleuchtung verwendet; oder als Flash-Laufwerke verwendet, um 250mA Stromabgabe in 100mS zu erreichen; oder eine einfache DC / DC 5V Boost vereinfachte Version anstelle eines induktiven DC / DC Boosts, wodurch Kosten und Produkt EMI Probleme reduziert werden. Der Nachteil ist, dass es nur einen einfachen Doppelverstärkungsmodus gibt, der Wirkungsgrad niedriger ist, der meiste Zeitwirkungsgrad niedriger als 70% ist, der tatsächliche Nutzungswirkungsgrad niedriger ist und ein beträchtlicher Teil davon in dem Strombegrenzungswiderstand verbraucht wird. Wenn mehrere LEDs angesteuert werden, hängt die Konsistenz der Hintergrundbeleuchtung vollständig von der Genauigkeit der LEDs und Strombegrenzungswiderstände ab.
2) Konstantstrommodus-Ladungspumpe. Um die Effizienz der LED-Ansteuerung weiter zu verbessern, hat Shengbang Microelectronics im zweiten Quartal 2008 die Konstantstrommodus-Ladungspumpe SGM3123 mit 1X-, 1,5X- und 2X-Boost vorgestellt. Für den Konstantstrommodus ist die Ladungspumpe über die interne Logiksteuerung verwendet, um eine Stromteilung für jede LED zu erreichen, so dass die Helligkeit der LEDs gleich gehalten wird, und gleichzeitig die Ansteuereffizienz der LED so weit wie möglich verbessert wird.
In dieser Anwendung wird die Helligkeitskonsistenz der LED durch die Stromspiegelsteuerungstechnologie aufrechterhalten, der LED-Stromfehler jedes Kanals überschreitet nicht 2% und der 1X, 1,5X-Boost-Modus macht die Effizienz des Ansteuerns der LED ausgeglichen und Die LED ist groß. In einigen Arbeitsstunden kann die Fahreffizienz garantiert über 80% liegen. Typische Anwendungslinien sind in Abbildung 2 dargestellt.
Abbildung 2: Typische Anwendungslinie für die Konstantstrom-Ladepumpe SGM3123.
Verwenden Sie verschiedene Widerstandswerte, um den LED-Ausgangsstrom einzustellen: ILED = Verstärkung * VIset / RIset. Verschiedene Hersteller haben unterschiedliche Gewinnkoeffizienten. Zur gleichen Zeit wie die Innovation der Ladungspumpentechnologie fanden die Leute auch heraus, dass sie LED verwendet, um eine Reihe von Vorteilen gegenüber DC / DC zu fahren, die Kosten zu reduzieren, die Größe der Treiberplatine zu reduzieren und EMI-Interferenz zu vermeiden.
3. Für das Streben nach Kosten und Leistung gibt es auch eine Reihe anderer Fahrmethoden wie Low-Side-LED-Treiber. Im Vergleich zu der Ladungspumpe des Konstantstrommodus fehlt nur die Ladungspumpenverstärkung, und der Konstantstromverarbeitungsabschnitt für den Strom ist der gleiche. Das Verhältnis von Ladung zu Strommodus-Ladungspumpe ist relativ niedrig. Der Nachteil ist, dass reine lineare Verarbeitung, wenn die Batteriespannung auf einen niedrigen fällt, wie 3,6 V, im Falle einer plötzlichen großen Last: das Telefon ist verbunden, um einen Anruf zu tätigen oder ein Bild zu machen, MP3 spielt Musik, MP4 spielt Video, verursacht Spannungsschwankungen, die Spannung fällt 0,1 ~ 0,2V, dann fällt die Systemspannung auf 3.
