HB LED驅動(dòng)器電路
加入技術(shù)交流群
引言
隨著(zhù)消費者環(huán)保理念的加強，固態(tài)照明(SSL)方案迅速成為通用照明及汽車(chē)照明應用中首選的照明技術(shù)。按照市場(chǎng)調研公司Strategies Unlimited的預測，通用照明、背光及汽車(chē)應用將是高亮度LED (HB LED)市場(chǎng)在今后幾年的主要增長(cháng)動(dòng)力，到2011年，HB LED驅動(dòng)器IC的整個(gè)市場(chǎng)規模將會(huì )達到19億美元1。與傳統的照明技術(shù)相比，HB LED具有幾個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢：它們不含任何有害物質(zhì)，例如CCFL中的汞元素；消耗較低的功率而且具有更長(cháng)的使用壽命。另外，HB LED比傳統方案具有更高的成本競爭優(yōu)勢，大大降低了系統的整體成本(例如：運行和維護成本)。
當然，HB LED的使用也面臨一些特殊挑戰，特別是汽車(chē)等嘈雜的工作環(huán)境。本文討論了HB LED驅動(dòng)器選擇的基本原則，比較了不同的驅動(dòng)器拓撲，針對不同的汽車(chē)照明應用提供了推薦配置方案，其中包括：汽車(chē)頂燈、日間行駛燈(DRL)、尾燈(RCL)、霧燈和近光燈/遠光燈等。
HB LED需要恒流驅動(dòng)
HB LED驅動(dòng)器電路用于管理HB LED的供電，驅動(dòng)電路保持恒定的電流和最小的電壓波動(dòng)非常關(guān)鍵。過(guò)大的驅動(dòng)電流會(huì )提高HB LED的結溫，加快HB LED的退化。照明應用中，為了獲得更高的流明，需要使用大功率HB LED。這些HB LED的正向導通電流一般為350mA到1A以上。白光、藍光和綠光HB LED的正向電壓在2.8至4.5V范圍內，紅光和琥珀光HB LED的正向電壓在2.3至3.5V范圍。
為了保持固定的色譜和亮度，HB LED驅動(dòng)必須滿(mǎn)足特定的額定電流要求。用電壓源驅動(dòng)HB LED、串聯(lián)電阻限流，可能產(chǎn)生不可接受的亮度及光譜的變化。
HB LED亮度調節
HB LED的發(fā)光顏色會(huì )隨著(zhù)電流的變化而發(fā)生變化，因此，采用脈寬調制(PWM)方式對固定電流進(jìn)行調節效果優(yōu)于調節實(shí)際電流的幅度，即將直流電流保持在HB LED廠(chǎng)商規定的固定值，按照一定的頻率和占空比進(jìn)行電流斬波，利用脈寬調制調節亮度可以在不同的亮度等級保持一致的光譜。為了避免視覺(jué)閃爍，調光頻率應高于100Hz。調光范圍取決于HB LED驅動(dòng)器所允許的最小占空比。大部分HB LED驅動(dòng)器需要由微控制器或外部定時(shí)器產(chǎn)生亮度控制信號。MAX16806等HB LED驅動(dòng)器則由內部產(chǎn)生PWM信號，通過(guò)DIM輸入端作用的外部電壓進(jìn)行調制(圖1)。這種配置在汽車(chē)內部照明等應用中可以省去外部微控制器或開(kāi)關(guān)模式轉換器。
圖1. 350mA線(xiàn)性HB LED驅動(dòng)器IC MAX16806能夠省去微控制器或開(kāi)關(guān)模式轉換器
當輸入電壓遠遠高于串聯(lián)HB LED的總壓降時(shí)，最好使用開(kāi)關(guān)模式降壓(buck)轉換驅動(dòng)器(圖2)，能夠使功耗降至最低，從而獲得較高的驅動(dòng)器效率。
圖2. 利用開(kāi)關(guān)模式降壓轉換驅動(dòng)器降低功耗并提高照明組件的驅動(dòng)效率
當輸入電壓高于或低于HB LED的總導通電壓時(shí)，必須使用buck-boost模式驅動(dòng)器。在buck-boost配置中，需要一個(gè)浮動(dòng)的電流檢測放大器檢測并調節HB LED電流。另外還需要提供額外的保護，例如過(guò)壓保護，在HB LED發(fā)生開(kāi)路或短路失效時(shí)保護系統不被損壞。對于汽車(chē)前燈中的大功率LED，輸入電壓的變化范圍可能在5.5V (冷啟動(dòng))至24V (電池倍壓)，此時(shí)，比較理想的選擇是buck-boost電路。驅動(dòng)器還必須能夠承受40V以上的拋負載峰值電壓。
高度集成的HB LED驅動(dòng)器，例如：MAX16812或MAX16831，在汽車(chē)前燈設計中有助于減少元件數量、降低成本。例如：MAX16812內部集成了差分電流檢測放大器和額定電壓為76V的0.2Ω功率MOSFET，用于控制單串HB LED的電流(圖3)。此外，內部調光MOSFET驅動(dòng)器在拋負載時(shí)可以自動(dòng)關(guān)閉LED串的電源，增強了系統的可靠性。
圖3. 當輸入電壓可能高于或低于串聯(lián)HB LED的總電壓時(shí)，應該選擇buck-boost驅動(dòng)器拓撲
圖4所示HB LED驅動(dòng)器電路用于汽車(chē)中LCD背光，MAX16834集成了高邊檢流放大器、PWM調光MOSFET驅動(dòng)器和高度可靠的保護電路，大大簡(jiǎn)化了LCD背光電路的設計。該款HB LED驅動(dòng)器能夠提供3000:1 PWM調光范圍，輸入電壓范圍為4.75V至28V，在冷啟動(dòng)和拋負載狀況下確保穩定工作。
圖4. 具有3000:1較寬調光范圍的boost驅動(dòng)器，內置保護電路，可理想用于汽車(chē)娛樂(lè )設施的LCD背光。
評論