需要大量 LED的路燈照明方案第 II 部分：背光照明快速成長(cháng)將主導路燈照明技術(shù)

　　本系列的第 I 部分闡釋了電子工程師在使用 50～200 個(gè)1W LED進(jìn)行 路燈設計時(shí)所面臨的主要挑戰。這些挑戰包括：將總輸出電壓控制在某個(gè)安全限定范圍內，使串并聯(lián) LED 陣列中各串之間的電流相同、保證LED 發(fā)生故障時(shí)的可靠性以及控制 EMI(會(huì )隨著(zhù)總功率的增加而變得難以控制)。

　　其中還介紹了將降壓穩壓器用作每串 LED 恒流源的標準概念及其優(yōu)缺點(diǎn)。第 I 部分的結論是：只要提高功率，背光照明的常用系統架構便可應用于路燈照明。例如，圖 1 所示的六通道背光照明控制器 LM3432，能以高達 80V 的輸出電壓驅動(dòng)每個(gè)通道高達 40 mA 的電流?；诿總€(gè)LED的最大前向電壓VF，LM3432可為每個(gè)通道的20～25個(gè)LED(總計120 ～150 個(gè) LED)供電。該值是筆記本電腦的 LCD顯示屏背光應用中所需的典型的數量值，而該領(lǐng)域是該產(chǎn)品的主打市場(chǎng)之一。

　　動(dòng)態(tài)余量控制

　　LM3432 的每個(gè)通道均為配置成恒流下沉的線(xiàn)性穩壓器。線(xiàn)性穩壓器對于提高功率效率沒(méi)有明顯效果，所以為了有效地給 LED 供電，LM3432搭配了開(kāi)關(guān)穩壓器(圖 1 中的 SMPS)，用于為 LED 提供電源電壓，更重要的是接收來(lái)自L(fǎng)M3432的指令以動(dòng)態(tài)調整 VO，使跨越每個(gè)線(xiàn)性穩壓器的電壓永遠最低。VO 的調整基礎是參照各串中電壓最高的通道。即使是已針對前向電壓進(jìn)行分級的 LED 也會(huì )表現出一些差異，而且由于熱量原因，目前未針對VF中的壓降進(jìn)行分級。具有最高 LED 串總電壓的通道，是最接近線(xiàn)性穩壓器電流下沉的壓差電壓值的通道。此通道會(huì )將來(lái)自主電源的電壓控制在剛好不受壓降影響的范圍內。作為“主通道”的通道可以并確實(shí)地會(huì )動(dòng)態(tài)更改，因此稱(chēng)為動(dòng)態(tài)電壓調整功能 (DHC)。DHC 可將整個(gè)系統的功率效率提高至 90% 以上，使其成為直接驅動(dòng) LED 的開(kāi)關(guān)穩壓器的強大競爭對手。

　　超越多個(gè)降壓穩壓器的優(yōu)點(diǎn)

　　與第 I 部分中詳細介紹的多個(gè)降壓穩壓器解決方案相比，利用可變輸出電壓為一系列線(xiàn)性穩壓器供電的單個(gè)大型開(kāi)關(guān)穩壓器具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，其在移動(dòng)電話(huà)、筆記本電腦及 GPS 設備中，所需的物理空間與成本都較低。將其應用到以 350 mA 電流驅動(dòng) 50～200個(gè) 1W LED 的路燈照明系統中，在 EMI(電磁干擾)與拍頻方面的優(yōu)勢將尤為顯著(zhù)。雖然為 LM3432 等背光照明芯片供電的升壓穩壓器使用的是經(jīng)過(guò)嚴格濾波的直流輸入，但路燈照明與 HPWA 應用是通過(guò)交流電源來(lái)驅動(dòng)。這使主要電源受許多法律要求的制約。雖然安全與功率因數校正都非常重要，但在電子產(chǎn)品上市時(shí)必須遵循的所有法規中，要求最嚴格的通常是管制 EMI 的相關(guān)法規。圖 2 示意了對于共有 4 串、每串各有 14 個(gè) LED 的系統(總電壓控制在 60VDC 以下)，多個(gè)降壓穩壓器方案將需要 5 個(gè)開(kāi)關(guān)穩壓器。依據總輸出功率，AC-DC 部分可能會(huì )如同經(jīng)過(guò)功率因數校正的單級反激穩壓器一樣簡(jiǎn)單。為了提高效率，此類(lèi)穩壓器的開(kāi)關(guān)頻率很少超過(guò) 200 kHz。但每個(gè)降壓穩壓器很可能會(huì )以 500 kHz 等較高頻率工作，以減小輸出電感器的大小。這樣，系統中便已經(jīng)存在具有不同濾波需求的兩種開(kāi)關(guān)頻率。如第 I 部分所述，若未在每個(gè)降壓 LED 驅動(dòng)器之間進(jìn)行頻率同步，則可能會(huì )存在拍頻 EMI，因為每個(gè)降壓穩壓器會(huì )工作在稍微不同的頻率下。