簡(jiǎn)單高效地控制高亮度LED

HBLED（高亮度發(fā)光二極管）是全球增長(cháng)最快的一種光源，它的發(fā)光效率在35～50Lm/W內，超過(guò)了白熾燈和鹵素燈。經(jīng)過(guò)改進(jìn)，還可以用于生產(chǎn)發(fā)光效率大于100Lm/W的器件，這超過(guò)了日光燈的發(fā)光效率，堪與HID燈媲美。

圖1 基本的LED變換器為LED串聯(lián)結構提供恒定電流

設計人員越來(lái)越多地在建筑物、街道和裝飾燈具、告示牌、高端電視以及顯示器中使用HBLED。而這些應用需要AC電壓或者DC電源電壓來(lái)提供整流后的DC電流。通過(guò)控制器實(shí)現一種恒流源適用于存在低壓隔離電源或者通過(guò)class-2夾具將LED固定在難以靠近的位置的非隔離應用，如交通燈。

Buck轉換器結構適用于輸入電壓超過(guò)輸出電壓的場(chǎng)合，包括大多數告示牌、裝飾以及建筑照明。常見(jiàn)的陣列使用串聯(lián)的LED來(lái)保證經(jīng)過(guò)每個(gè)器件的電流相等（見(jiàn)圖1）。這避免了在并聯(lián)結構中使用附加電路來(lái)維持電流的相等。但是，在單個(gè)串聯(lián)棧兩端的正向電壓超過(guò)可用的最大電壓或者轉換器的可用輸出電壓的情況下，大的陣列需要并行結構。

如果串聯(lián)結構中某個(gè)LED發(fā)生短路，其余的LED會(huì )繼續工作，但是，并行結構中LED的故障將造成其余LED無(wú)法工作。

許多應用中需要調光?；獿ED的混合通過(guò)調節每種顏色的強度可以產(chǎn)生出光譜中的任何一種顏色，從而為顯示照明、告示牌以及情景照明提供了很多可能性。以IR公司的IRS2540為例，基于IRS2540的Buck整流器系統，由不會(huì )引起人眼可見(jiàn)閃爍的低頻邏輯電平PWM控制信號驅動(dòng)，在整個(gè)亮度范圍內可調。信號通過(guò)讓變換器工作在突發(fā)模式來(lái)確定平均LED電流，改變燈光的強度（見(jiàn)圖2）。另一種調光方法只需調節LED的DC電流，同時(shí)它也改變LED的顏色。

圖2 突發(fā)模式的調光為L(cháng)ED串的燈光輸出提供了極佳的控制，同時(shí)保持了極佳的色彩保真度

HBLED使得建筑師、設計人員、規格制定者以及制造商能夠為劇院、攝影棚、夜總會(huì )、餐館以及其他高可視性會(huì )場(chǎng)制造照明效果。數字場(chǎng)景控制提供了引人注目和不斷變化的照明顯示。

圖3 IRS2540為真正的平均電流控制提供了連續時(shí)間變換電流的監視

LED光源自然也可以用于景觀(guān)和室外照明，它的壽命較長(cháng)，需要的維護較少，受濕氣入侵的影響較小。與傳統的燈泡不同，LED沒(méi)有容易破碎的部件，即使處理的不甚小心也無(wú)妨。

通過(guò)集成一個(gè)浮動(dòng)的高壓側驅動(dòng)器，IRS2540能夠使用電流檢測模式來(lái)不斷地監視LED的電流，見(jiàn)圖3。

IRS2540實(shí)現了平均電流控制而不是峰值電流控制，并提供了一種內在的穩定整流，這種整流可以在更寬的電壓和負載范圍內工作而不會(huì )遇到設計的限制。電路的延遲會(huì )在電感中產(chǎn)生電流紋波，但是使用與負載并聯(lián)的輸出電容可以很容易地減小這種紋波。這也可以通過(guò)在電流反饋中增加延遲來(lái)降低頻率，通過(guò)降低開(kāi)關(guān)損耗來(lái)提高效率。這種結構具有內在的過(guò)載和短路保護。

高壓LED變換器IC驅動(dòng)存在兩種變體，200V和600V。在PWM占空比高達100%的情況下，變換器工作的不穩定性不會(huì )像在峰值電流控制系統中那樣超過(guò)50%。有實(shí)例表明在175kHz時(shí)，其效率超過(guò)85%，見(jiàn)圖4。

圖4 IRS2540及同類(lèi)產(chǎn)品IRS2541分別支持高達200V和600V的總線(xiàn)電壓。

LCD電視、監控器、便攜式電腦顯示器以及自定制面板的制造商正在使用LED背光替代CCFL（冷陰極熒光燈），將可再現色調的調色板擴展了多達45%，已經(jīng)實(shí)現了NTSC色空間105%的再現，而最好的CCFL點(diǎn)亮的LCD TV只能實(shí)現65%～75%。即使CRT（陰極射線(xiàn)管）顯示也無(wú)法匹及基于LED的系統的色彩重現和亮度。