Τον 21ο αιώνα, η κατανάλωση ενέργειας γίνεται όλο και περισσότερο το επίκεντρο της προσοχής σε ολόκληρη την ανθρώπινη κοινωνία. Λόγω της βασικής ζήτησης για φωτισμό, η χρήση περισσότερης ενέργειας για τη δημιουργία περισσότερου φωτισμού έχει γίνει μια τεράστια κινητήρια δύναμη για την εξερεύνηση νέων τεχνολογιών φωτισμού. Από το αρχικό φωτισμό καυσίμου στους λαμπτήρες πυρακτώσεως, από λαμπτήρες φθορισμού έως διάφορα φωτιστικά υλικά, εμφανίστηκε η τεχνολογία φωτισμού LED. Στη σημερινή κοινωνία, η διαφοροποίηση των απαιτήσεων περιβάλλοντος φωτισμού διαφόρων συσκευών πολυμέσων προωθεί περαιτέρω την ανθρώπινη εξερεύνηση του τρόπου χρήσης διαφόρων LED υψηλής φωτεινότητας για φωτισμό. Η εφαρμογή LED σε φωτισμό έχει προσελκύσει μεγάλη προσοχή.
Βασική αρχή LED και χαρακτηριστικά απόδοσης
Πρώτον, ας εισαγάγουμε τις βασικές αρχές και τα χαρακτηριστικά απόδοσης των LED. Η βασική δομή του LED είναι ένα υλικό ημιαγωγού ηλεκτροφωταύγειας το οποίο τοποθετείται σε ένα μολυβδωτό ράφι και στη συνέχεια σφραγίζεται με εποξική ρητίνη για την προστασία του εσωτερικού πυρήνα. Ως εκ τούτου, το LED έχει καλή σεισμική απόδοση. Το τμήμα πυρήνα της διόδου εκπομπής φωτός είναι ένα δισκίο αποτελούμενο από ένα ημιαγωγό τύπου ρ και ένα ημιαγωγό τύπου η και ένα μεταβατικό στρώμα μεταξύ του ημιαγωγού τύπου ρ και του ημιαγωγού τύπου η αναφέρεται ως σύνδεση ΡΝ. Σε ορισμένες συνδέσεις PN υλικών ημιαγωγών, οι εγχυόμενοι μειονοτικοί φορείς ανασυνδυάζονται με τους περισσότερους φορείς για την απελευθέρωση της πλεονάζουσας ενέργειας με τη μορφή φωτός, μετατρέποντας έτσι απευθείας την ηλεκτρική ενέργεια σε φωτεινή ενέργεια. Η σύνδεση PN προσθέτει αντίστροφη τάση και οι φορείς μειοψηφίας είναι δύσκολο να εγχυθούν, επομένως δεν εκπέμπουν φως. Όταν βρίσκεται στην κατάσταση λειτουργίας προς τα εμπρός (δηλαδή, η τάση προς τα εμπρός εφαρμόζεται και στα δύο άκρα), όταν το ρεύμα ρέει από την άνοδο του LED προς την κάθοδο, ο κρυστάλλος ημιαγωγού εκπέμπει φως διαφορετικών χρωμάτων από υπεριώδη έως υπερύθρου. η ένταση του φωτός σχετίζεται με το ρεύμα.
Οι πηγές φωτός LED έχουν τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:
1. Τάση: Η τάση εργασίας LED είναι χαμηλή, μπορεί να οδηγηθεί από τροφοδοσία χαμηλής τάσης, η τάση τροφοδοσίας ποικίλει ανάλογα με το τελικό προϊόν, είναι ένας σχετικά ασφαλής εξοπλισμός φωτισμού, ιδιαίτερα κατάλληλος για δημόσιους χώρους.
2. Αποτελεσματικότητα: Στην περίπτωση της ίδιας φωτεινότητας, η κατανάλωση ενέργειας μειώνεται κατά 80% σε σύγκριση με τον λαμπτήρα πυρακτώσεως με το ίδιο φωτισμό.
3. Εφαρμογή: Κάθε τσιπ LED μονάδας είναι ένα τετράγωνο 3-5mm, έτσι ώστε να μπορεί να ετοιμαστεί σε διάφορα σχήματα και είναι κατάλληλο για ένα μεταβλητό περιβάλλον.
4. Σταθερότητα: συνήθως 100.000 ώρες, η ελαφριά αποσύνθεση είναι το αρχικό 50%.
5. Χρόνος απόκρισης: Ο χρόνος απόκρισης του λαμπτήρα πυρακτώσεως είναι χιλιοστά του δευτερολέπτου και ο χρόνος απόκρισης της λυχνίας LED είναι νανοδευτερόλεπτα.
6. Περιβαλλοντική ρύπανση: δεν υπάρχει βλαβερός μεταλλικός υδράργυρος.
7. Χρώμα: Το χρώμα LED και η φωτεινή απόδοση σχετίζονται με τα υλικά και τις διεργασίες για την κατασκευή των LED. Επί του παρόντος, υπάρχουν τρία βασικά χρώματα κόκκινου, πράσινου και μπλε.
8. Τιμή: Σε σύγκριση με τους λαμπτήρες πυρακτώσεως, η τιμή των LED είναι υψηλότερη. Η τιμή πολλών LED μπορεί να συγκριθεί με την τιμή ενός λαμπτήρα πυρακτώσεως. Ωστόσο, με την πρόοδο της τεχνολογίας, ο λόγος τιμής / απόδοσης μπορεί να βελτιωθεί σταδιακά.
Λύση οδήγησης LED
Από την εμφάνιση των LED, τα LED έχουν λάβει μεγάλη προσοχή. Οι οδηγοί οδηγήσεων LED και οι μέθοδοι οδήγησης ενημερώνονται συνεχώς για να οδηγήσουν τις λυχνίες LED πιο αποτελεσματικά για τον ανθρώπινο φωτισμό. Από την πρώιμη τροφοδοσία εναλλαγής DC / DC στην αντλία φόρτισης, καθώς και από την χαμηλής πλευράς οδήγηση και το κόστος LDO για το κόστος, οι άνθρωποι επιλέγουν διαφορετικές γραμμές κίνησης σε διαφορετικές εφαρμογές, κάτι που είναι ένα καυτό σημείο στην αγορά. Ο οπίσθιος φωτισμός των φορητών προϊόντων είναι η εφαρμογή οπίσθιου φωτισμού LED. Η κύρια αγορά, τα ακόλουθα θα είναι για την οθόνη οπίσθιου φωτισμού των φορητών προϊόντων, εισάγει πολλές κοινές λύσεις οδήγησης LED.
1. Η τροφοδοτική τάση Step-UP DC / DC πραγματοποιεί την οδήγηση LED
Τα κυριότερα χαρακτηριστικά του προγράμματος είναι: χαμηλή τάση εισόδου, ακόμη και σε χαμηλή στάθμη 0.7V (ξηρή μπαταρία ενός στοιχείου). Από την οπτική της τεχνολογικής ανάπτυξης, ο δίσκος τύπου σειράς εμφανίζεται νωρίτερα, η τεχνολογία είναι πιο ώριμη και η απόδοση είναι υψηλότερη. Ένα τυπικό κύκλωμα εφαρμογής παρουσιάζεται στο σχήμα 1.
Εικόνα 1: Τυπική γραμμή εφαρμογής για μια τροφοδοσία εναλλαγής DC / DC Step-UP με LED.
Για αυτόν τον τρόπο εφαρμογής, το πρόωρο τσιπ οδηγού υιοθετεί κυρίως τον τρέχοντα τρόπο ανάδρασης και το ρεύμα του LED καθορίζεται σύμφωνα με το VFB / Rb. Η τάση ανάδρασης DC / DC VFB είναι γενικά γύρω από 1.2V, η οποία περιορίζει την περαιτέρω βελτίωση της αποτελεσματικής απόδοσης, η ίδια DC / Η απόδοση του DC είναι περίπου 80%. Σε αυτή την εφαρμογή, η πραγματική απόδοση μειώνεται περισσότερο. Με τη βελτίωση της τεχνολογίας, η μείωση της τάσης VFB στο 0.1V μπορεί να αυξήσει την αποτελεσματική απόδοση σε πάνω από 85%, ειδικά στην οδήγηση. 2-3 φώτα στην κατάσταση εφαρμογής. Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτού του προγράμματος είναι τα εξής:
Πλεονεκτήματα: ώριμη τεχνολογία, σχετικά χαμηλό κόστος, υψηλή ομοιομορφία φωτεινότητας και υψηλός συντελεστής ασφάλειας μέσω κάποιων νέων τεχνολογικών καινοτομιών, όπως η συνάρτηση προστασίας από υπέρταση που φαίνεται στο σχήμα 1 ή ο συνδυασμός ανατροφοδότησης τάσης και ρεύματος. Ειδικά για οπίσθιο φωτισμό με οθόνες μεγάλου μεγέθους. Δεδομένου ότι χρειάζονται περισσότερες λυχνίες LED για να επιτευχθεί ο οπίσθιος φωτισμός της οθόνης, η ομοιομορφία της φωτεινότητας και η ομοιομορφία αποτελούν προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπιστούν.
Μειονεκτήματα: Η εφαρμογή της δικής του επαγωγικότητας περιορίζει το μέγεθος και το ύψος της γραμμής και δημιουργεί προβλήματα που οι μηχανικοί δεν θέλουν να αντιμετωπίσουν. Η επεξεργασία EMI, ειδικά κοντά στο τμήμα RF, απαιτεί ειδική επεξεργασία για παρεμβολές, διαφορετικά θα οδηγήσει σε Ραδιοφωνική λήψη. Η ευαισθησία μειώνεται και ακόμη και η παρεμβολή του τμήματος ήχου, όπως το ρεύμα εξόδου ήχου, παρεμβάλλεται στον ήχο. Επιπλέον, σε αυτήν την περίπτωση εφαρμογής, εάν αποτύχει ένα LED, ολόκληρη η σειρά LED θα αποτύχει, πράγμα που είναι το αποτέλεσμα που οι άνθρωποι δεν θέλουν να δουν.
2. Λειτουργία κίνησης της αντλίας χωρητικότητας
Αυτός είναι ένας σχετικά νέος τρόπος οδήγησης. Με απλά λόγια, μια χωρητική αντλία φόρτισης χρησιμοποιεί μια διάταξη διακόπτη και έναν ταλαντωτή, τη λογική και έναν ελεγκτή σύγκρισης για την επίτευξη τάσης ενίσχυσης και πυκνωτών για την αποθήκευση ενέργειας. Λόγω της λειτουργίας υψηλής συχνότητας, μπορούν να χρησιμοποιηθούν μικροί κεραμικοί πυκνωτές (1μF), οι οποίοι ελαχιστοποιούν το χώρο και το κόστος. Η αντλία φόρτισης έχει δύο λειτουργίες λειτουργίας, λειτουργία σταθερής τάσης και λειτουργία σταθερού ρεύματος.
1) Αντλία φορτίου σταθερής τάσης. Το SGM3110 της Shengbang Microelectronics είναι μια αντλία χρέωσης με λειτουργία σταθερής τάσης. Λόγω των λειτουργικών χαρακτηριστικών της αντλίας φορτίου σταθερής τάσης, έχει υψηλή συχνότητα μεταγωγής και μεγάλο μεταβατικό ρεύμα αιχμής. Ως εκ τούτου, οι μηχανικοί χρειάζονται ιδιαίτερη προσοχή στη διάταξη PCB. Απαιτείται ο περιφερειακός πυκνωτής να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στην ίδια τη συσκευή. Η περιφερειακή καλωδίωση πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη. Το περιφερειακό PCB πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερο. Ο περιφερειακός πυκνωτής πρέπει να συνδέεται απευθείας με το έδαφος του SGM3110. Εάν η καλωδίωση είναι περιορισμένη, μπορεί να περάσει μέσα από το μεγάλο PCB μέσω. Και πολλαπλές vias για καλή γείωση.
Μέθοδος υπολογισμού της απόδοσης: η = Iout * Vout / Iin * Vin
Δεδομένου ότι η ίδια η συσκευή έχει διακόπτη απώλειες και διαρροή πυκνωτών, η πραγματική απόδοση είναι χαμηλότερη από αυτή την τιμή, η οποία σχετίζεται με την τεχνολογία επεξεργασίας του κατασκευαστή. Το πλεονέκτημα της χρήσης αυτού του τρόπου οδήγησης LED είναι ότι μπορεί να απλοποιήσει τις περιφερειακές γραμμές και να μειώσει το κόστος του προϊόντος. Ειδικά στην περίπτωση οθονών μικρού μεγέθους, χρησιμοποιούνται ως φωτιστικά οθόνης 1-2 LED. ή χρησιμοποιούνται ως μονάδες flash για την επίτευξη ρεύματος 250mA σε 100mS. ή ένα απλό DC / DC 5V ενισχύει την απλοποιημένη έκδοση αντί για επαγωγική ενίσχυση DC / DC, μειώνοντας τα ζητήματα κόστους και προϊόντων EMI. Το μειονέκτημα είναι ότι υπάρχει μόνο ένας απλός τρόπος διπλής ώθησης, η απόδοση είναι χαμηλότερη, το μεγαλύτερο μέρος της αποτελεσματικότητας είναι μικρότερη από 70%, η πραγματική απόδοση χρήσης είναι χαμηλότερη και ένα σημαντικό μέρος καταναλώνεται στην τρέχουσα περιοριστική αντίσταση. Κατά την οδήγηση πολλών LED, η συνοχή του φωτισμού εξαρτάται πλήρως από την ακρίβεια των LED και των αντιστάσεων περιορισμού ρεύματος.
2) Αντλία φορτίου σταθερού ρεύματος. Προκειμένου να βελτιωθεί περαιτέρω η αποδοτικότητα της οδήγησης με LED, η Shengbang Microelectronics εισήγαγε την αντλία φόρτισης SGM3123 με 1X, 1.5X και 2X ώθηση στο δεύτερο τρίμηνο του 2008. Για την αντλία φορτίου σταθερού ρεύματος, μέσω του εσωτερικού λογικού ελέγχου που χρησιμοποιούνται για την επίτευξη της τρέχουσας κατανομής για κάθε LED, έτσι ώστε η φωτεινότητα των LED να διατηρείται ίση και ταυτόχρονα η απόδοση οδήγησης του LED να βελτιώνεται όσο το δυνατόν περισσότερο.
Σε αυτή την εφαρμογή η φωτεινότητα του LED διατηρείται από την τρέχουσα τεχνολογία ελέγχου καθρεπτών, το τρέχον σφάλμα LED κάθε καναλιού δεν υπερβαίνει το 2% και η λειτουργία ενίσχυσης 1Χ, 1,5Χ καθιστά την απόδοση οδήγησης του LED ισορροπημένη και η λυχνία LED είναι μεγάλη. Σε μερικές ώρες εργασίας, η απόδοση οδήγησης μπορεί να είναι μεγαλύτερη από 80%. Τυπικές γραμμές εφαρμογής φαίνονται στο σχήμα 2.
Εικόνα 2: Τυπική γραμμή εφαρμογής για την αντλία φόρτισης φορτίου σταθερού ρεύματος SGM3123.
Χρησιμοποιήστε διαφορετικές τιμές αντίστασης για να ρυθμίσετε το ρεύμα εξόδου LED: ILED = κέρδος * VIset / RIset. Οι διάφοροι κατασκευαστές έχουν διαφορετικούς συντελεστές κέρδους. Ταυτόχρονα με την καινοτομία της τεχνολογίας αντλιών χρέωσης, οι άνθρωποι επίσης διαπίστωσαν ότι χρησιμοποιεί LED για να οδηγήσει σε μια σειρά πλεονεκτημάτων έναντι του DC / DC, να μειώσει το κόστος, να μειώσει το μέγεθος του οδηγού και να αποφύγει τις παρεμβολές του EMI.
3. Για την επιδίωξη του κόστους και των επιδόσεων, υπάρχει επίσης μια σειρά από άλλες μεθόδους οδήγησης όπως οδηγοί οδηγήσεων χαμηλής πλευράς. Σε σύγκριση με την αντλία φόρτισης του τρόπου σταθερού ρεύματος, λείπει μόνο η ενίσχυση της αντλίας φόρτισης και το τμήμα επεξεργασίας σταθερού ρεύματος για το ρεύμα είναι το ίδιο. Ο λόγος αντλίας χρέωσης έναντι του τρέχοντος τρόπου λειτουργίας είναι σχετικά χαμηλός. Το μειονέκτημα είναι ότι η καθαρή γραμμική επεξεργασία, όταν η τάση της μπαταρίας μειωθεί σε χαμηλή τιμή, όπως 3.6V, σε περίπτωση αιφνίδιας μεγάλης φόρτισης: το τηλέφωνο είναι συνδεδεμένο για να πραγματοποιήσει μια τηλεφωνική κλήση ή να τραβήξει μια φωτογραφία, αναπαραγωγή μουσικής MP3, αναπαραγωγή MP4 βίντεο, θα προκαλέσει διακυμάνσεις τάσης, η τάση θα πέσει 0,1 ~ 0,2V, τότε η τάση του συστήματος θα πέσει στο 3.
