De topologiestructuur van de voeding van de LED-driver
In LED-verlichtingstoepassingen die gebruik maken van AC-DC-voeding, omvat de bouwmodule voor stroomconversie discrete componenten zoals diodes, schakeltransistoren (FET's), inductoren, condensatoren en weerstanden om hun respectieve functies uit te voeren, terwijl pulsbreedtemodulatie (pWM) regelaars worden gebruikt om de stroomomzetting te regelen. De geïsoleerde AC-DC-stroomconversie met transformatoren die gewoonlijk aan het circuit worden toegevoegd, omvat topologiestructuren zoals flyback, forward en halve bridge, zoals weergegeven in figuur 1. De flyback-topologie is de standaardkeuze voor toepassingen met gemiddeld tot laag vermogen en een vermogen van minder dan 30W, terwijl de halve brugstructuur het meest geschikt is voor het leveren van een hogere energie-efficiëntie/vermogensdichtheid. Wat de transformator in de isolatiestructuur betreft, de grootte ervan houdt verband met de schakelfrequentie, en de meeste LED-drivers van het isolatietype maken in principe gebruik van "elektronische" transformatoren.
In LED-verlichtingstoepassingen die gebruik maken van DC-DC-voeding, kunnen LED-aandrijfmethoden worden gebruikt, waaronder het weerstandstype, de lineaire spanningsregelaar en de schakelspanningsregelaar. Het basistoepassingsdiagram wordt weergegeven in figuur 2. In de weerstandstype-aandrijfmodus kan de voorwaartse stroom van de LED worden geregeld door de huidige detectieweerstand in serie met de LED aan te passen. Deze aandrijfmodus is eenvoudig te ontwerpen, goedkoop en kent geen problemen met elektromagnetische compatibiliteit (EMC). Het nadeel is dat het afhankelijk is van de spanning, LED's moet afschermen en een lage energie-efficiëntie heeft. Lineaire spanningsregelaars zijn bovendien eenvoudig te ontwerpen en kennen geen EMC-problemen. Ze ondersteunen ook stroomstabilisatie en overstroombeveiliging (foldback) en bieden externe stroominstelpunten. Hun tekortkomingen zijn echter onder meer vermogensdissipatie en de noodzaak dat de ingangsspanning altijd hoger is dan de voorwaartse spanning, met een lage energie-efficiëntie. De schakelregelaar regelt continu het openen en sluiten van de schakelaar (FET) via de pWM-regelmodule, waardoor de stroomstroom wordt geregeld.
Schakelende spanningsregelaars hebben een hogere energie-efficiëntie, zijn spanningsonafhankelijk en kunnen de helderheid regelen. Hun tekortkomingen omvatten echter relatief hoge kosten, hogere complexiteit en problemen met elektromagnetische interferentie (EMI). De gemeenschappelijke topologiestructuren van LEDDC-DC-schakelregelaars omvatten buck-, boost-, buck-boost- of single-ended primaire inductorconverters (SEpIC's). Wanneer de minimale ingangsspanning onder alle werkomstandigheden groter is dan de maximale spanning van de LED-reeks, wordt een step-down-structuur toegepast, zoals het gebruik van 24Vdc om 6 in serie geschakelde LED's aan te sturen; Integendeel, wanneer de maximale ingangsspanning onder alle werkomstandigheden lager is dan de minimale uitgangsspanning, wordt een boost-structuur toegepast, zoals het gebruik van 12Vdc om 6 in serie geschakelde LED's aan te sturen; Wanneer er een overlap is tussen het bereik van de ingangsspanning en de uitgangsspanning, kan een step-down boost of SEpIC-structuur worden gebruikt, zoals het gebruik van 12Vdc of 12Vac om vier in serie geschakelde LED's aan te sturen. Deze structuur heeft echter de minst ideale kosten en energie-efficiëntie.
Het gebruik van wisselstroom om LED's rechtstreeks aan te sturen heeft de afgelopen jaren ook enige vooruitgang geboekt. In deze structuur zijn LED-strings in tegengestelde richtingen gerangschikt, werken ze in een halve cyclus, en geleidt de LED alleen als de lijnspanning groter is dan de voorwaartse spanning. Deze structuur heeft zijn voordelen, zoals het vermijden van vermogensverlies veroorzaakt door AC-DC-conversie. In deze structuur schakelt LED echter op lage frequenties, zodat het menselijk oog flikkeringsverschijnselen kan opmerken. Bovendien moeten in dit ontwerp LED-beschermingsmaatregelen worden toegevoegd om het te beschermen tegen de impact van lijnpieken of transiënten.
