如何利用降壓或升壓轉換器優(yōu)化LED照明設計

從小閃光燈到舞臺照明系統的這些應用中，高亮度LED相比傳統光源，具有更高效率、更長(cháng)使用壽命和更小尺寸，還可以實(shí)現一些特殊的效果，如調光、排序和閃爍。精確的電流控制是高效LED照明方案所必須的，種類(lèi)繁多的LED驅動(dòng)器能幫助工程師優(yōu)化這些LED照明設計。

照明用大功率LED能產(chǎn)生足夠的光通量，當這些器件組成大小合適的陣列后，可用于閃光燈、房間照明、室外照明以及電子指示牌等應用中。一系列驅動(dòng)器件能維持大功率白色LED中的驅動(dòng)電流遠遠超過(guò)1A。

驅動(dòng)電流決定了LED的光輸出，因此陣列中所有LED必須以恒流驅動(dòng)，以確保終端產(chǎn)品發(fā)光均勻、合適。為確保電流均勻，常將LED串聯(lián)起來(lái)。LED正向壓降也必須同時(shí)考慮。LED串中每個(gè)LED都有各自的正向壓降VF。VF通常在3.4V左右，最小變化范圍為2.5~4V(或更高)。

用作LED驅動(dòng)器的升壓轉換器

為獲得驅動(dòng)一定數量的串聯(lián)LED所需的足夠電壓，可采用升壓轉換器來(lái)提高電池供電應用的電壓。這些應用包括閃光燈或者帶LED背光顯示的便攜式設備。另一方面，在諸如電子告示牌或者交通標志這些需要大量LED的應用中，驅動(dòng)器拓撲結構的輸出電壓可能高達40V。

此外，也可以使用一個(gè)或多個(gè)多通道驅動(dòng)器IC。在這些器件中，通道之間的電流匹配必須非常接近，以防止不同LED串之間的亮度不同。例如，最新的多輸出驅動(dòng)器在現代大功率LED光輸出容差內的電流匹配就非常好。

許多希望設計小尺寸、高效率LED照明應用的設計人員都很關(guān)注工作電壓非常低的產(chǎn)品。Zetex公司的ZXSC310驅動(dòng)器是一款恒流升壓轉換器，其輸入電壓低至0.8V，在電池電壓下降的情況下也能為L(cháng)ED提供恒流。該器件可被用來(lái)提升低電壓電源以驅動(dòng)標稱(chēng)VF為3.4V的大功率LED。

ZXSC3在閃光燈及小型便攜式設備中的控制LED背光應用中非常有用。它的一個(gè)外部引腳控制正常工作或者5μA關(guān)閉模式，或者將其連接到脈寬調制(PWM)信號以控制LED調光。

美國國家半導體(NS)的LM3410也是一種用于低壓設備的升壓轉換器。該轉換器能將2.7~5.5V的輸入電壓轉換為3~24V的輸出電壓，可用在顯示背光和其它便攜應用中。

在非電池供電應用中，采用升壓驅動(dòng)器能實(shí)現用LED燈替換對室內的壓鹵素燈。例如德州儀器的TPS61160/1升壓轉換器可以將標準低壓鹵素燈用的標稱(chēng)為12V的直流電源電壓，提高到可驅動(dòng)6個(gè)或10個(gè)白色LED的高達18V的輸出電壓。

圖(a)是采用TPS61161來(lái)驅動(dòng)10個(gè)LED的電路圖。TPS61161集成了40V/0.7A N溝道MOSFET開(kāi)關(guān)。它的調光控制引腳可用作單線(xiàn)數字接口或者作為PWM輸入，這樣設計人員就可以實(shí)現各種控制模式。

圖：(a) 采用德州儀器的TPS61161升壓轉換器來(lái)驅動(dòng)10個(gè)LED的電路圖；
(b) 美國國家半導體公司的LM3406降壓轉換器可以提供恒流LED控制

用作LED驅動(dòng)器的降壓轉換器

大多數普通照明用的驅動(dòng)器都被設計成用工作在較高的直流電壓下，這些直流電壓從主電壓轉換過(guò)來(lái)，范圍為大約5V到30V或更高。例如，NS的LM3406是一種自給型(self-contained)降壓穩壓器，輸出范圍為6~32V，可提供高達1.5A的正向恒電流。如圖(b)所示的典型應用電路帶有設定LED電流的外部電阻，以及用于PWM調光的專(zhuān)用輸入引腳。

Zetex ZXLD1350也是一種類(lèi)似的降壓穩壓器，輸入電壓為7~30V，能為L(cháng)ED提供高達350mA的電流。它提供一個(gè)外部引腳進(jìn)行電流調節。這個(gè)引腳支持PWM調光信號或簡(jiǎn)單的直流電壓，以便將輸出調節由外部傳感電阻設置的電壓值上下。

多通道和多驅動(dòng)器電路設計

利用降壓穩壓器可驅動(dòng)的LED數量取決于最大輸出電壓。對于電子指示牌或舞臺燈光這樣的大型LED陣列，可能需要多個(gè)驅動(dòng)器，每個(gè)驅動(dòng)器控制一串LED。

另一種選擇是采用多通道驅動(dòng)器。TI的8通道TLC5917驅動(dòng)器每通道都可提供高達120mA的電流。該器件還提供8個(gè)經(jīng)過(guò)調節的電流端口，可在高達17V的電壓下工作。通道之間的輸出電流精度優(yōu)于±3%，以有效確保不同LED串的光輸出均勻。

此外，IC之間的精度由于±6%，能使設計人員使用多個(gè)TLC5917驅動(dòng)器驅動(dòng)更大的LED陣列。該驅動(dòng)器內置了開(kāi)路負載、短路負載以及過(guò)溫保護，可指示大型LED陣列中的器件故障。

隨著(zhù)大功率LED不斷進(jìn)入各種照明應用中，還將有更多先進(jìn)的驅動(dòng)器出現，以實(shí)現更高驅動(dòng)電流和更簡(jiǎn)單的控制，允許設計人員在他們的目標應用中自由地選用最佳數量的LED。