以全容量驅(qū)動(dòng)一串高亮度LED需要精心設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬調(diào)光比，同時(shí)保持色譜。幸運(yùn)的是，有一些集成的驅(qū)動(dòng)器套件可以應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)。

背景

大功率LED的光輸出已達(dá)到100流明/瓦的關(guān)鍵里程碑，一些制造商聲稱(chēng)擁有120流明/瓦的亮度實(shí)驗(yàn)室。這意味著LED在能效方面現(xiàn)已超過(guò)CFL(80流明/瓦)。然而，進(jìn)一步預(yù)計(jì)到2012年，LED將達(dá)到150流明/瓦的輸出。此外，由于目前所有的重點(diǎn)都是“綠色”，LED不含任何有害物質(zhì)，如CFL，管內(nèi)有毒汞蒸氣。

LED照明的成本很快下降。單個(gè)白光二極管的成本，其中幾個(gè)進(jìn)入LED燈泡并彌補(bǔ)了大部分成本，價(jià)格從幾年前的約5美元降至過(guò)去12個(gè)月不到1美元。許多LED行業(yè)分析師預(yù)測(cè)，在未來(lái)12個(gè)月內(nèi)，白熾燈泡的LED燈泡更換價(jià)格將達(dá)到消費(fèi)者可接受的水平。一些LED制造商已經(jīng)聲稱(chēng)他們已經(jīng)設(shè)計(jì)了可以為L(zhǎng)ED燈泡供電的發(fā)光芯片，其產(chǎn)生的光與美國(guó)家庭中常用的75瓦白熾燈泡相當(dāng)。這種類(lèi)型的LED芯片通常需要大約12 W的功率才能輸出這么多的光。

LED驅(qū)動(dòng)器IC今天必須具備的一個(gè)關(guān)鍵性能是能夠充分調(diào)暗LED。由于LED以恒定電流驅(qū)動(dòng)，其中DC電流水平與LED亮度成比例，為了改變LED亮度，有兩種通過(guò)控制LED電流來(lái)調(diào)暗光的方法。第一種方法是模擬調(diào)光，其中LED DC電流水平通過(guò)降低恒定的LED電流水平成比例地降低。降低LED電流可導(dǎo)致LED顏色的變化或LED電流的不準(zhǔn)確控制。第二種方法是數(shù)字或脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)光。 PWM調(diào)光以100Hz或100Hz以上的頻率打開(kāi)和關(guān)閉LED，這是人眼無(wú)法察覺(jué)的。 PWM調(diào)光占空比與LED亮度成正比，而導(dǎo)通時(shí)間LED電流保持在相同水平(由LED驅(qū)動(dòng)器IC設(shè)置)，在高調(diào)光比期間保持恒定的LED顏色。在某些應(yīng)用中，這種PWM調(diào)光方法可以使用高達(dá)10，000：1的比率。

具體而言，在驅(qū)動(dòng)高亮度(HB)LED的情況下，LED驅(qū)動(dòng)器IC必須能夠提供足夠的電流和電壓。許多不同類(lèi)型的LED配置 - 在轉(zhuǎn)換拓?fù)渲袧M足輸入電壓范圍和所需的輸出電壓和電流要求。因此，HB LED驅(qū)動(dòng)器IC理想情況下應(yīng)具有以下特性：

寬輸入電壓范圍 - 高達(dá)100 V

寬輸出電壓范圍 - 高達(dá)100 V

高效率轉(zhuǎn)換 - 高達(dá)95%

嚴(yán)格調(diào)節(jié)LED電流匹配 - 溫度低于2%

低噪聲，恒定頻率工作 - 高達(dá)2.5 MHz

獨(dú)立電流和調(diào)光控制

寬調(diào)光范圍比 - 高達(dá)10，000：1

多種轉(zhuǎn)換拓?fù)?，包括降壓，升壓，降?- 升壓和SEPIC

許多保護(hù)功能，例如保護(hù)開(kāi)路LED燈串，LED引腳至VOUT短路以及精確的欠壓鎖定閾值

小型緊湊型解決方案封裝，外部元件極少

HB LED示例

毫無(wú)疑問(wèn)，大多數(shù)汽車(chē)前燈仍然使用白熾燈泡。然而，這種主導(dǎo)地位受到高強(qiáng)度放電(HID)燈和HB LED前燈的壓力。 HID燈包括用于普通照明的所有高強(qiáng)度放電燈，例如高壓汞蒸汽，高壓鈉，低壓鈉和金屬鹵化物。一般照明源足夠明亮，以便在房間，建筑物或外部空間中實(shí)現(xiàn)工作或生活環(huán)境。這包括住宅照明，商業(yè)和工業(yè)照明，街道照明和汽車(chē)前燈。 HID氙氣燈在20世紀(jì)90年代末首次被用作汽車(chē)前燈。然而，它們的生產(chǎn)和制造非常昂貴，因此它們的使用僅限于高端車(chē)輛。展望未來(lái)，由于最近推出HB LED，這種HID氙燈的使用將迅速下降。因此，HB LED大燈將在未來(lái)十年內(nèi)具有最大的增長(zhǎng)率。

圖1：94%效率25 W白光LED前照燈驅(qū)動(dòng)器

可以使用25 W白光LED大燈配置串聯(lián)的18個(gè)LED陣列，用370 mA驅(qū)動(dòng)它們以產(chǎn)生必要的光輸出。然而，一個(gè)主要障礙是如何有效且簡(jiǎn)單地驅(qū)動(dòng)這種配置。一種可能的解決方案是使用最近推出的凌力爾特公司的LT3956單片LED驅(qū)動(dòng)器。 LT3956是一款DC-DC轉(zhuǎn)換器，設(shè)計(jì)用作恒流和恒壓穩(wěn)壓器。它非常適合驅(qū)動(dòng)高電流，高亮度LED(圖1)。

LT3956具有內(nèi)部低端N溝道功率MOSFET，額定電壓為3.3 V時(shí)為84 V，采用內(nèi)部穩(wěn)壓7.15 V電源供電。固定頻率，電流模式架構(gòu)可在各種電源和輸出電壓下穩(wěn)定工作?；诘氐膮⒖茧妷悍答?FB)引腳可用作多個(gè)LED保護(hù)功能的輸入，也可使轉(zhuǎn)換器作為恒壓源工作。

LT3956可檢測(cè)高壓側(cè)的輸出電流。 LED燈串。高端檢測(cè)是驅(qū)動(dòng)LED的最靈活方案，允許升壓，降壓模式或降壓 - 升壓模式配置。 PWM輸入提供高達(dá)3，000：1的LED調(diào)光比，而CTRL輸入提供額外的模擬調(diào)光功能。

圖2：LT3743典型應(yīng)用原理圖提供20 A的LED電流。

盡管如此，還有其他終端市場(chǎng)應(yīng)用對(duì)高功率HB LED驅(qū)動(dòng)器有其獨(dú)特需求，其中LED電流大于10 A是必要的。這些包括DLP投影儀，激光驅(qū)動(dòng)器和建筑照明。但是，輸送大于10 A的電流會(huì)帶來(lái)許多設(shè)計(jì)問(wèn)題，尤其是最終產(chǎn)品本身的熱管理方面。為此，凌力爾特公司開(kāi)發(fā)了一種獨(dú)特的LED驅(qū)動(dòng)器，專(zhuān)門(mén)針對(duì)這些類(lèi)型應(yīng)用中的設(shè)計(jì)考慮因素。

LT3743是一款同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，旨在提供恒定電流來(lái)驅(qū)動(dòng)高電流LED。它可以提供高達(dá)20 A的連續(xù)LED電流或高達(dá)40 A的脈沖LED電流。 LT3743獨(dú)特的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了三態(tài)電流控制，使其成為DLP投影機(jī)所需色彩混合應(yīng)用的理想選擇。它還提供非常快(《2μs)的轉(zhuǎn)換時(shí)間電流水平。這樣可以優(yōu)化混色分辨率，并在激光驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)非?？焖俚碾娏髅}沖LT3743的5.5 V至36 V輸入電壓范圍使其成為各種應(yīng)用的理想選擇，包括工業(yè)，DLP投影和建筑照明。 LT3743從標(biāo)稱(chēng)12 V輸入提供高達(dá)20 A的連續(xù)LED電流，功率超過(guò)80瓦。在脈沖LED應(yīng)用中，它可以通過(guò)12 V輸入提供高達(dá)40 A的LED電流或160 W的峰值功率。高達(dá)95%的效率消除了對(duì)外部散熱的任何需求，并顯著簡(jiǎn)化了散熱設(shè)計(jì)。頻率調(diào)節(jié)引腳使用戶能夠在100 kHz和1 MHz之間編程頻率，因此設(shè)計(jì)人員可以優(yōu)化效率，同時(shí)最大限度地減小外部元件尺寸。 LT3743結(jié)合4 mm x 5 mm QFN或耐熱增強(qiáng)型TSSOP-28封裝，提供非常緊湊的高功率LED驅(qū)動(dòng)器解決方案。其典型應(yīng)用原理圖見(jiàn)圖2.

LT3743提供PWM和CTRL_SELECT調(diào)光，在三個(gè)LED電流水平下實(shí)現(xiàn)3，000：1調(diào)光能力。這使其成為DLP投影儀所需色彩混合應(yīng)用的理想選擇。同樣，LT3743獨(dú)特的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使其能夠在不到2微秒的時(shí)間內(nèi)在兩個(gè)穩(wěn)定的LED電流水平之間轉(zhuǎn)換，從而在RGB應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的色彩混合。保持LED電流精度為±6%，以確保LED的光輸出的最準(zhǔn)確亮度。其他功能包括輸出電壓調(diào)節(jié)，開(kāi)路LED保護(hù)，過(guò)流保護(hù)和熱降額電路。

結(jié)論

盡管HB LED驅(qū)動(dòng)器需要很長(zhǎng)的性能特性，但LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的LED具有能夠從盡可能低的功率水平提供必要的光輸出流明，而不會(huì)造成明顯的熱設(shè)計(jì)約束。幸運(yùn)的是，對(duì)于高功率HB LED產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，存在高效LED和高性能LED驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)它們。