線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器IC為何必然替代偏壓電阻器

利用簡(jiǎn)單的電阻器限制led串中的電流看似最為經(jīng)濟和簡(jiǎn)便，那么為何還要費盡心思地使用線(xiàn)性驅動(dòng)器IC？
實(shí)際上，線(xiàn)性驅動(dòng)器所帶來(lái)的益處很多，具體包括：
● 避免使用復雜、昂貴的器件（補償不斷變化的正向電壓需要不同型號的電阻器）。通過(guò)脈寬調制（PWM）方式調節亮度。
● 由于可采用不穩定的系統電源，降低了系統成本。
● 減少了所需的板卡空間。
● 使用更多的LED，提高了系統效率。
● 理想的LED偏置和保護功能，最大限度延長(cháng)使用壽命。
在許多應用中，例如標志牌、彩虹管、廣告牌、建筑照明燈、汽車(chē)照明燈、飛機照明燈等，線(xiàn)性驅動(dòng)器都可滿(mǎn)足相關(guān)應用的需求。

除上述優(yōu)勢外，對于采用電池供電且需要對電源電壓進(jìn)行升壓的移動(dòng)設備，線(xiàn)性驅動(dòng)器也有其局限性。 下文將介紹該線(xiàn)性LED驅動(dòng)器的優(yōu)勢，并為L(cháng)ED驅動(dòng)器的部署提供建議。

恒流優(yōu)勢
由于具備二極管特性，LED需要恒定電流源，而不是恒定電壓源。利用串聯(lián)電阻器使LED電流保持恒定需要很大的電阻器壓降，因此會(huì )降低系統效率。另一方面，如果系統電壓或LED正向電壓發(fā)生變化，串聯(lián)電阻器的小電壓降會(huì )導致所需的LED電流出現較大偏差。

維持恒定的LED電流，可防止因系統電壓或LED正向電壓變化產(chǎn)生的過(guò)流所導致的過(guò)熱使LED受損。根據不同的LED正向電壓調整串聯(lián)電阻器，這種方法已經(jīng)過(guò)時(shí)。LED驅動(dòng)器有助于提高整個(gè)系統的亮度精確度，同時(shí)最大程度減少發(fā)光質(zhì)量的降低。

圖1 串聯(lián)電阻器LED驅動(dòng)vs恒流LED驅動(dòng)器TLE4242

圖1顯示采用三個(gè)標稱(chēng)正向電流為350mA的LED的汽車(chē)應用。選擇串聯(lián)電阻器困難很大：在低電池電壓條件下，正向電流較低，LED亮度不足。如果出現瞬變（負載突降、雙電池），LED很可能受損。在低電池電壓條件下，恒流源可防止LED受損，提供更強的亮度。

極低壓降提高系統效率
LED串中的最大LED數量主要取決于電阻器或LED驅動(dòng)器的壓降。如果采用電阻器，要想獲得最恒定的電流需要較大的壓降。然而，這就意味著(zhù)要產(chǎn)生熱量而不是光。線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器可以較低的壓降，提供恒定電流，這樣就可以在LED串中使用更多的LED，提高整個(gè)系統的效率。TLE42xx系列的典型壓降為0.5V，最大壓降為0.7V，BCR4xx系列的典型壓降為1.2V，最大壓降為 1.5V。

無(wú)須無(wú)源濾波組件
與通過(guò)升至高壓為長(cháng)LED鏈路供電的開(kāi)關(guān)模式轉換器不同，并聯(lián)LED串獨具優(yōu)勢：由于線(xiàn)性驅動(dòng)器不發(fā)光，因此無(wú)須采用無(wú)源濾波組件。

用作高側開(kāi)關(guān)
TLE4241和TLE4242 LED驅動(dòng)器在關(guān)斷模式下，靜態(tài)電流不足1μA，這使得它們適合用作高側開(kāi)關(guān)。

通過(guò)PWM調節亮度
采取兩種途徑調節LED的亮度：調節LED的正向電流水平或對預定義正向電流進(jìn)行PWM調節。鑒于以下兩點(diǎn)原因，建議不要采用調節正向電流的方法。首先，LED在亮度范圍內，并沒(méi)有在最佳效率點(diǎn)工作。其次，正向電流不同于標稱(chēng)LED電流可能會(huì )導致輸出的燈光顏色改變。PWM亮度調節通過(guò)低頻PWM信號調節LED輸入，可解決上述兩個(gè)問(wèn)題。LED在單電流驅動(dòng)電平條件下導通，其亮度可通過(guò)改變LED導通的平均時(shí)間進(jìn)行調節。根據負載周期，該頻率不應低于200Hz；通常情況下，500Hz～1kHz足以使用。PWM控制裝置集成至TLE4241、TLE4242或 BCR450等單芯片解決方案。BCR40x LED驅動(dòng)器系列允許通過(guò)外部數字晶體管完成PWM亮度調節。

LED診斷
為了識別故障LED，TLE42xx系列可在狀態(tài)輸出條件下，指示開(kāi)路負載情況。它還可直接與采用至VCC的上拉電阻器的微處理器連接。圖2和圖3為采用英飛凌LED驅動(dòng)器的不同應用。

保護與安全
LED通常具備正溫度系數，即LED正向電壓隨著(zhù)LED溫度的升高而降低，導致LED隨著(zhù)溫度上升而消耗更大的電流。這將潛在地導致熱量失控和LED損毀。因此，需要對二極管電流進(jìn)行控制，使其保持恒定。

圖2 與外部功率級一并使用的低成本BCR450線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器

TLE4xxx與BCR4xx線(xiàn)性恒流LED驅動(dòng)器適用于惡劣的環(huán)境，例如交通照明、建筑物照明、鐵路、交通或汽車(chē)應用。該產(chǎn)品允許瞬變電壓高達45V（由型號決定），可在高達150℃的結溫下工作，可承受很高的發(fā)熱溫度。如果系統出現故障，過(guò)流與過(guò)溫保護功能可保護IC及其應用。 TLE4xxx系列能夠承受反向連接電源電壓。

散熱與傳熱
在系統電壓不斷變化的條件下，為了最大限度減少熱量，獲得恒定亮度，LED正向電壓最大值應接近（但等于或低于）供電電壓減去LED驅動(dòng)器壓降。當LED正向電壓為最小值，輸入電壓為最大值時(shí)，LED驅動(dòng)器的損耗最大。

圖3 TLE4241 LED驅動(dòng)器具備PWM控制和開(kāi)路負載檢測功能

有幾種散熱和防止PCB出現溫度梯度的方式：
● 并聯(lián)使用幾個(gè)小型且經(jīng)濟實(shí)惠的封裝，但需使其在PCB上各自分離。
● 使驅動(dòng)器電路與功率晶體管分離。該原理也可使功率晶體管適應實(shí)際所需的二極管電流。
● 采用高性能TAB封裝（如小型SCT595或大型TO263封裝），實(shí)現與PCB良好的熱接觸，將熱阻降至最低。

總結
利用線(xiàn)性恒流LED驅動(dòng)器驅動(dòng)LED是最經(jīng)濟有效的方法。它的靈活性以及技術(shù)優(yōu)勢可提高效率，優(yōu)化系統成本，促進(jìn)LED應用的普及。