LED驅動(dòng)器實(shí)現大功率、高亮度驅動(dòng)

LED是一種在正向偏置時(shí)會(huì )發(fā)出非相干窄譜光而產(chǎn)生一種電致發(fā)光現象的半導體器件。換句話(huà)說(shuō)，固態(tài)磷光體在電場(chǎng)作用下，將電能直接轉換成了光。發(fā)光顏色取決于所用半導體材料的化學(xué)成分，可能接近于紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光線(xiàn)或紅外線(xiàn)。

過(guò)去幾年，LED技術(shù)取得了很大進(jìn)步。在散熱、封裝和工藝方面的改進(jìn)獲得了更高的亮度、更高的效率、更長(cháng)的壽命和更低的成本。與白熾燈不同，LED沒(méi)有會(huì )燒壞的燈絲，而且工作時(shí)往往溫度較低。此外，白熾燈有95%的能量是以熱量形式浪費掉的。了解更多LED相關(guān)產(chǎn)品請點(diǎn)擊此處：http://www.dzsc.com/product/searchfile/10404.html

大功率或高亮度(HB)LED的光輸出已經(jīng)超過(guò)了100lm/W(流明/瓦)這一具有里程碑意義的關(guān)鍵數值。實(shí)際上，有些制造商已經(jīng)宣布在實(shí)驗室中實(shí)現了200lm/W.那么，就發(fā)光有效性而言，LED顯然已經(jīng)超過(guò)了白熾燈(一個(gè)典型的60W白熾燈的光輸出為15lm/W)?；蛘邠Q一種說(shuō)法，發(fā)光有效性指的是光源的光輸出量(以流明為單位)與產(chǎn)生它所消耗的功率(以瓦為單位)之比。雖然如此，人們預計在未來(lái)一年內將會(huì )在市場(chǎng)上輕而易舉地得到具有150lm/W光輸出的LED.另一個(gè)好處是LED的壽命。視計算方法的不同而不同，白光LED燈至少具有5萬(wàn)小時(shí)的壽命，有些甚至聲稱(chēng)可以長(cháng)達10萬(wàn)小時(shí)，而白熾燈的壽命僅為1200小時(shí)至1500小時(shí)左右。

高亮度LED照明的成本也在迅速下降。幾年前，單個(gè)白光二極管(幾個(gè)這樣的二極管組成一個(gè)LED燈，占了LED燈成本的大部分)的價(jià)格約為4美元，現在已經(jīng)下降到了不足1美元。LED業(yè)界的很多分析師預測，在未來(lái)一年中，取代白熾燈的LED燈價(jià)格將達到消費者可接受的程度。一些LED制造商宣布，已經(jīng)設計出能讓LED燈產(chǎn)生的光輸出與大多數家庭都很常見(jiàn)的75W白熾燈相媲美的發(fā)光芯片。這類(lèi)LED芯片通常僅需要約9W功率，就能使LED燈產(chǎn)生等同于75W白熾燈的光輸出量。

今天，LED驅動(dòng)器IC必須具有的一個(gè)關(guān)鍵性能特點(diǎn)是能夠對LED燈進(jìn)行充分調光。因為L(cháng)ED是恒定電流驅動(dòng)的，而DC電流值與LED亮度成正比，所以改變LED的亮度就有兩種通過(guò)控制LED電流來(lái)調光的方法。第一種方法是模擬調光，采用這種方法時(shí)，通過(guò)降低恒定的LED電流值，就可以成正比地降低LED的DC電流。降低LED電流可能引起LED色彩變化，或導致對LED電流的控制不準確。第二種方法是數字或脈沖寬度調制(PWM)調光。PWM調光以等于或高于100Hz的頻率(人眼察覺(jué)不到)導通和關(guān)斷LED.PWM調光的占空比與LED的亮度成正比，而導通時(shí)的LED電流保持相同值(如LED驅動(dòng)器IC所設定的那樣)，從而在高調光比時(shí)保持LED色彩不變。在某些應用中，這種PWM調光方法可以在調光比高達30,000:1的情況下使用。

尤其是在驅動(dòng)高亮度LED的情況下，LED驅動(dòng)器IC必須能以一種既滿(mǎn)足輸入電壓范圍又滿(mǎn)足所需輸出電壓和電流要求的轉換拓撲，為很多不同類(lèi)型的LED配置提供足夠的電流和電壓。因此，高亮度LED驅動(dòng)器IC在理想情況下應該具有以下特點(diǎn)：寬輸入電壓范圍，高達100V;寬輸出電壓范圍，高達100V;高效率轉換，高達98%;對LED電流匹配進(jìn)行嚴格調節，在溫度范圍內的變化小于2%;低噪聲、恒定頻率工作，高達2.5MHz;獨立電流和調光控制;寬調光比，高達30,000:1;多種轉換拓撲，包括降壓型、升壓型、降壓-升壓型和SEPIC;很多保護功能，例如對LED串開(kāi)路、LED引腳至VOUT短路提供保護，以及準確的欠壓閉鎖門(mén)限;具有最少外部器件的小型緊湊解決方案。

高亮度LED舉例

毫無(wú)疑問(wèn)，大部分汽車(chē)前燈仍然是白熾燈。不過(guò)，這種主導地位將會(huì )受到來(lái)自高強度放電(HID)燈和高亮度LED前燈的壓力。HID燈包括所有用在普通照明中的高強度放電燈，例如高壓汞蒸氣燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈和金屬鹵化物燈。為室內、建筑物或外部空間等工作或生活環(huán)境照明，一般照明光源足夠亮了。這類(lèi)照明應用包括住宅照明、商用和工業(yè)照明、路燈和汽車(chē)前燈。HID氙燈于上世紀90年代首先引入在汽車(chē)前燈中。不過(guò)，這類(lèi)燈的生產(chǎn)制造成本很高，因而僅限于在高端汽車(chē)中使用。由于最近推出了高亮度LED,這類(lèi)HID氙燈的使用會(huì )迅速減少。因此，高亮度LED前燈在未來(lái)10年將有最大增長(cháng)。

汽車(chē)照明系統設計人員面臨的最大障礙之一是，如何優(yōu)化該最新代LED所提供的所有功能和優(yōu)勢。因為L(cháng)ED一般需要一個(gè)準確、高效的電流源和一種調光方法，所以L(fǎng)ED驅動(dòng)器IC必須設計為能夠在多種工作條件下滿(mǎn)足這些要求。此外，其電源解決方案必須高效、堅固并且可靠，同時(shí)還要非常緊湊和具有成本效益。

可以說(shuō)就驅動(dòng)LED而言，最苛刻的應用之一將是汽車(chē)前燈系統(由遠光燈、近光燈、白天行車(chē)燈、霧燈和轉向信號燈組成)，因為它們既經(jīng)受著(zhù)嚴酷的汽車(chē)電氣環(huán)境考驗，又必須同時(shí)適應多種溫度條件變化。而且它們還必須始終能放入非常受限的空間中，并具有富有吸引力的成本結構。

適用于汽車(chē)前燈的新型LED驅動(dòng)器IC

凌力爾特公司最近推出的LT3791是一款同步四開(kāi)關(guān)降壓-升壓型LED驅動(dòng)器和穩壓器控制器，它非常適用于驅動(dòng)用于汽車(chē)前燈應用的高亮度LED.該控制器在高于、低于或等于輸出電壓的輸入電壓范圍內工作。該器件具有4.5V至60V的輸入范圍和0V至60V的輸出范圍，還可在工作模式之間無(wú)縫轉換。此外，其獨特的同步降壓-升壓型拓撲使工作效率高達98%,這極大地減小了以熱量形式散出功率損耗所必需的散熱器的尺寸和重量。

以地為基準的電壓反饋引腳(FB)用作幾個(gè)LED保護功能的輸入，并使該轉換器能夠作為恒定電壓源工作，如圖1所示。該器件還提供故障保護功能，以使LED在開(kāi)路或短路的情況下不會(huì )損壞，并對故障情況進(jìn)行報告，同時(shí)，當故障發(fā)生時(shí)，定時(shí)器使LT3791能夠繼續運行、閉鎖(latch off)或重啟。它還采用了專(zhuān)有的電流模式拓撲和控制架構，并在降壓和升壓模式時(shí)使用了一個(gè)電流檢測電阻器。

本文小結

盡管高亮度LED驅動(dòng)器必須具有的性能特點(diǎn)有很多，但是由這種LED驅動(dòng)器驅動(dòng)的LED必須能夠以最低的功率提供必需的光輸出量，這樣就不會(huì )對熱量設計造成極大的限制。就大功率高亮度LED產(chǎn)品的設計人員而言，幸運的是，現在既存在高功效LED,又有驅動(dòng)這些高功效LED的高性能LED驅動(dòng)器。

圖1:LT3791以高達100W的功率驅動(dòng)一個(gè)3A的LED陣列。