LED_电源测试技术

LED 電源測試技術及 模擬負載發表研討會 Part 2: LED 模擬負載介紹與應用 致力創新致力創新 追求卓越追求卓越 Working on Better Solutions 致茂電子產品企劃協理: 周晏加 Working on Better Solutions LED 特性 1. Nonlinear V-I curve 2. 順向偏壓(VF), 操作電阻抗(Rd) 3. 電流小(several hundreds mA) 4. 亮度由功率決定 ≠ b L F Rd I V LED curve Vo Io Rd LED 特性 Working on Better Solutions • LED 驅動電源的規格會有一適用的電壓範圍，測試時需串聯不同數量 的LED，會相當不方便。 • LED的光衰特性會隨時間改變，或相同燈具, 也有些特性差異, 測試無 法得到一致結果。 • 不同款的LED，VF、Rd皆不盡相同，使用者需準備各種不同的LED， 確保LED driver都能運作，有其困難度。 • 測試過程中，若串接的LED bar有一顆LED損壞，往往無法馬上察覺， 造成錯誤測試數據。 • 一個供測試使用的儀器等級標準負載, 才能解決問題. 為何不用LED當負載來測試 Working on Better Solutions I V LED curve Vo Io Rd CR mode (斜率R=Vo/Io) CV mode 設定CR或CV mode, 只能測試穩態操作點 無法驗證是否能正確開關機的動態過程，也無法模擬不同特 性LED(Vf, Rd)及其漣波電流狀況。 一般電子負載常見問題 穩態操作點 Working on Better Solutions 一般E-load內部阻抗效應, 可能導致LED driver 開機OCP或OVP. 一般E-load 電阻Load 一般E-load CR Mode LED模擬負載 電壓電流過衝 過衝開機失效 LED模擬負載 一般電子負載常見問題 Working on Better Solutions 一般E-load反應速度太慢, 無法進行LED driver的PWM調光 測試(Dimming) 一般電子負載常見問題 63110A LED模擬負載增加頻寬，改善反應速度。 以63110A為負載以 LED為負載 Working on Better Solutions 電壓、電流的量測值跳動, 無法穩定 先確認UUT輸出是否會變動, 可使用平均法, 增加次數, 減少其效應. 最多可平均64次 6310A系列 可設定量測平均次數 一般電子負載常見問題 Working on Better Solutions LED 電源專用電子負載 Chroma 特別開發LED 模擬負載 Model 63110A：雙通道 LED 電源專用模擬負載 電壓 Range：0 ~ 60V / 0 ~ 300V 電流 Range：0 ~ 0.6A / 0 ~ 2A 操作:專用LED mode，模擬 LED特性。 也包括其他 CC、CR、CV mode (CC mode無動態模式) Working on Better Solutions LED 模擬負載 63110A LED模擬負載目的: 模擬不同LED特性 1. 對不同LED為負載時, 可否正常開機, 不能有OCP或OVP 2. 開機時的瞬間衝擊電流, 不能超出規格, 損壞LED 3. 在不同的電壓輸出範圍(串聯不同顆數LED), 是否上述都正常 4. 穩態時的輸出電流, 是否如規格 5. 穩態時的漣波電流,對不同LED為負載, 是否如規格 6. 輸出PWM調光(Dimming)時,可否正常運作, 不能有OCP或OVP 7. 多通道輸出PWM調光時, 是否能保持電流平衡 Working on Better Solutions 63110A 是要模擬 LED 特性，藉由下列 的設定參數，來定義其負載特性。 1. Vo：LED driver 輸出電壓 2. Io ：LED driver 輸出電流 3. Rd 或Rd Coefficient：操作點電阻或係數 4. Rr：高頻電阻 參數設定 LED mode 先LOAD ON , LED電源再送電 Working on Better Solutions 1. Vo：LED 電源操作點電壓 2. Io：LED 電源操作點電流 按MODE鍵選擇LEDH(High V檔位)或LEDL(Low V檔位)，然後按 ENTER鍵後進入編輯畫面，設定Vo及 Io。 Vo & Io設定 Working on Better Solutions Rd Coefficient：操作點電阻係數 按CONF.鍵，再按鍵選擇Rd Coeff.，然後按 ENTER鍵進入設定。 Rd Coeff. 的設定有二：1. Default。2. Set。 Rd Coeff.範圍：0.001 ~ 1。 Rd Coefficient 設定 VF V I Rd Vo Io LED curve Working on Better Solutions 定義： Vo：LED 操作點電壓 Io：LED 操作點電流 VF：LED的順向偏壓 Rd：LED的操作點阻抗 Rd Coefficient 的意義 由上述四個參數及LED的V-I 特性曲線可得下列方程式： doFo RIVV  oF VaV  1a假設 ， o o o o ddoodooo I VCoeff I VaRRIVaRIVaV  .)1()1(∴ 由上公式的推導，不論串幾顆LED, 其操作點阻抗 Rd 是由 一個係數 Coeff. (Coeff.<1) 乘上操作點 Vo / Io 的值, VF V I Rd Vo Io LED curve Working on Better Solutions 舉例說明： 假設有一LED light bar，共有10顆LED燈，單顆LED燈的V-I特性曲線如下 圖所示。LED driver 輸出電流(Io)為350 mA。 如何計算Rd Coefficient？(方法一) 單一LED燈在350mA下的操作電壓(Vo)為 3.44V，則Rd的係數該如何設定？ 根據右圖LED的V-I特性曲線，可知操作點 的切線斜率即為操作點阻抗Rd。 實際單顆LED的   7.1 3.04.0 35.352.3 dR 因此Rd Coeff.的設定應該為 173.0.7.1 35.0 44.3..  CoeffCoeff I VCoeffR o o d Working on Better Solutions 設定 Rd Coefficient 的優點 為何不建議直接設定操作點電阻 Rd，卻設定 Rd Coefficient ? 1. LED driver規格中，有輸出電壓範圍，例如 3V – 36V。這代表此driver 可以驅動不同顆數LED串聯的組合。 2. 此LED driver測試時，一定需要測試其輸出電壓範圍的規格。 3. 不同輸出電壓，表示LED串聯顆數不同，其 Rd的值也就不同。 4. 若是直接設定 Rd，則每次改變測試電壓，都要再設定 Rd，很不方便。 5. 因為 Rd和測試電壓(LED顆數) 成正比例，所以只要設定一次Rd Coeff.， 63110A會自動計算相對應的 Rd。 Working on Better Solutions   7.1 3.04.0 35.352.3 dR 287.0.30 35.0 5.36.  CoeffCoeffRd   3 3.04.0 5.38.3 dR 173.0.17 35.0 4.34.  CoeffCoeffRd 驗證不同 LED 燈 LED driver測試時, 需考慮未來驅動不同LED燈. 舉例: 相同電流規格為350mA 的LED, 不同編號, 其 Rd可能是不一樣的, 相對Rd Coeff.也是不同, 此參數可讓 使用者可以方便的用63110A 模擬不同 LED為負載的各種狀況, 做完整驗證。 Working on Better Solutions LED driver設計者常不清楚其 實際使用的LED特性. 所以常 無發直接算得 Rd Coefficient. 可以用間接方式, 由以下兩個 公式: 如何計算Rd Coefficient？(方法二) V I Vo Io Vf1 Vf2 Vf3 Rd1/ Rd2/ Rd3 doFo RIVV  o o d I VCoeffR  . o fo V VV Coeff .換算後可以得到: 也就是不同的 Rd 會有不同的 Vf 相對應 Working on Better Solutions 由LED driver的開機波形, 電流開始導通時的電壓點, 為Vf 值. 再由公式 , 可以得到Rd Coeff = (42V-37V)/42V = 0.119 如何計算Rd Coefficient？(方法二) o fo V VV Coeff . V I Vo = 42V Vf = 37V 範例： Working on Better Solutions 在63110A 輸入設定 Vo=42V, Io=750mA, 再輸入上一頁 Rd Coeff = 0.119, 實際測試如上左圖. 和原來使用LED為負載很類似. 若是設定不同Rd Coeff值 (Rd Coeff=0.5), 可看到不同輸出結果, 如上右圖. 如何計算Rd Coefficient？(方法二) V I V I 差異 Working on Better Solutions 1. 63110A根據使用者設定Vo、Io及Rd Coeff.，來計算並模擬出 LED 特性，如圖，所以Vo、Io 並非實際拉載值。 2. 因為 Io 是由LED Driver 決定提供，若實際輸出與設定有誤差， 相對Vo也會不一樣。例如若 Io設定為100mA，實際LED driver 輸出 110mA，那實際 Vo就也會偏高。不能用一般負載的 CV mode或CC mode的觀念來思考 Vo及 Io。 doFo RIVV  Vo & Io 設定與實際輸出 VF V I Rd Vo Io LED curve Working on Better Solutions 例如若 Io設定為100mA，實際LED driver 輸出 Io’=110mA， 那本來設定 Vo的值也就會不準, 會偏高到Vo ’. 不能說怎麼 沒有依照設定的Vo 來輸出, 因為這 LED電源的電流超出規格了. Vo & Io 設定與實際輸出 V I Vo Vo’ Io’ Io Working on Better Solutions LED Driver 的 Ripple Current LED driver的Ripple current產生原因 1. 在固定的工作點下(Vo / Io)，Iripple之產生是由LED driver的Vripple對LED的 等效阻抗Rd所造成，亦即Vripple / Rd = Iripple。 2. Vripple是採用切換式電源技術的LED driver輸出常見的現象，其頻率為 50/60Hz, 另外就是本身的切換頻率，一般可能高達100kHz以上。 以 LED為負載 I V LED curve Vo Io Rd 電流放大檢視 Working on Better Solutions Rr：高頻電阻 按CONF.鍵，再按鍵選擇 Rr，然後按ENTER鍵進入設定。 Rr的設定有二：1. Default。2.Set。 Rr範圍：5Ω ~ 250Ω。 Rr是用來調整漣波電流(ripple current)用的內部阻抗，在LED driver開機時，建 議設定為OFF，避免LED driver產生OCP保護。因此Rr的預設值設定為OFF。 只有當使用者需要測試LED driver的漣波電流時，再自行將Rr設定為ON。 設定高頻電阻模擬Ripple Current Working on Better Solutions 1. 因為63110A為主動式負載，內部控制迴路有一定頻寬。Rd的設定無法 應付高頻範圍(>100kHz). 2. 此高頻電阻 Rr，可設定與 Rd相同值。但是考慮實際狀況，建議可再用 示波器觀察實際LED負載，比較後可再微調 Rr的設定，可得到更正確的 ripple current 的模擬結果。 設定高頻電阻模擬Ripple Current 以 63110A為負載以 LED為負載 Working on Better Solutions 短路測試 63110A負載 1. 輸出為定電流的LED driver, 不容易用E-load 來進行短路測試. 2. 63110A 內建繼電器(Relays), 可控制來進行輸 出短路測試. 3. 先設定短路狀態, 再對LED driver開機 Working on Better Solutions • 目前各廠商的電子負載主要線路架構類似，都無法模擬LED V-I 特性曲線之非線性現象，也可能會因為內部阻抗效應產生異常保 護動作，無法真實模擬LED為負載的情況，用來測試LED driver 是不適當的。 • 63110A 為專用型 LED模擬負載，主要是模擬LED特性，用來測 試LED driver 的功能保其設計或規格的正確性。 • 63110A不僅可以測試穩態操作點，還可測試開機及PWM 調光 (Dimming)的暫態特性，內部參數Rd也可依LED 燈的V_I 特性曲 線做調整，以其能滿足LED driver 的驗證需求。 結 論 Working on Better Solutions LED照明電源, 輸出規格: 45-55V/400mA 實際操作範例 一般電子負載 真實LED LED模擬負載 現場觀察