照明用led驅(qū)動(dòng)器需求和解決方案分析

1、照明用照明用LED驅(qū)動(dòng)器需求和解決方案分析驅(qū)動(dòng)器需求和解決方案分析作為固態(tài)光源的發(fā)光二極管(LED)的大量涌現(xiàn)，使白熾燈日益落寞。在過(guò)去幾年中，LED技術(shù)已經(jīng)有了極大進(jìn)步，在散熱、封裝和工藝技術(shù)方面的進(jìn)步使得LED有了更高的亮度、更高的效率、更長(zhǎng)的壽命和更低的成本。然而，在能量轉(zhuǎn)換效率、熱量管理和生產(chǎn)成本方面，LED仍然有進(jìn)一步提升的空間。例如，LED效率就已經(jīng)獲得了極大的提高。LED的眾多改進(jìn)源自現(xiàn)在能在芯片內(nèi)更好地產(chǎn)生光，以及有更好

2、的方法從芯片及其封裝中獲得光源。同樣地，20mA白光LED的售價(jià)已經(jīng)大幅降低，這種LED剛推出時(shí)，批購(gòu)報(bào)價(jià)為1美元。而目前有可能以不到30美分的批購(gòu)價(jià)買(mǎi)到20mA的白光LED。LED照明應(yīng)用需求分析當(dāng)然，所有這些進(jìn)步不僅促進(jìn)了LED在不同應(yīng)用中作為照明光源的使用，同時(shí)也刺激了對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器IC的需求。要了解設(shè)計(jì)和制造LED驅(qū)動(dòng)器IC面臨哪些障礙，就必須了解白光LED要發(fā)光需要哪些條件。白光LED必須用一個(gè)恒定電流源驅(qū)動(dòng)，這樣白色光點(diǎn)才不

3、會(huì)變化(也就是亮度必須一致)。另外，既然白光LED是一個(gè)二極管，那么就必須克服它內(nèi)部的正向壓降(Vf)。Vf隨著白光LED電流值的不同而不同，也會(huì)隨著溫度的變化而變化。一般情況下，在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)，20mA白光LED的Vf在2.5V至3.9V的范圍內(nèi)變化。大多數(shù)應(yīng)用都使用多個(gè)白光LED，而且還可能將這些LED配置成并聯(lián)、串聯(lián)或串并聯(lián)混合形式。這意味著白光LED驅(qū)動(dòng)器IC必須能夠?yàn)樘囟ㄅ渲玫亩鄠€(gè)LED提供足夠的電流和電壓，而且這種IC

4、所采用的電壓轉(zhuǎn)換拓?fù)浔仨毻瑫r(shí)滿(mǎn)足輸入電壓范圍和輸出電壓與電流的要求。LED的常見(jiàn)應(yīng)用包括汽車(chē)和飛機(jī)儀表盤(pán)的顯示和指示、交通信號(hào)燈、手機(jī)、平板顯示器背光源、礦工燈、建筑和露天大型體育場(chǎng)照明等，而目前和未來(lái)幾年內(nèi)，LED市場(chǎng)增長(zhǎng)的最大驅(qū)動(dòng)力來(lái)自平板顯示器的背光照明需求。這些顯示器采用LCD屏，用于電視機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)、便攜式媒體播放器、數(shù)字廣告牌和計(jì)算機(jī)監(jiān)視器。不過(guò)，采用LED面臨熱量管理的技術(shù)挑戰(zhàn)。盡管LED不像其它光源那樣輻射那么多熱量，但

5、是根據(jù)輸出功率的不同，一些LED也許需要合適的散熱器，這樣光輸出才不會(huì)減少，壽命也不會(huì)縮短。例如，光輸出為25lm的高亮度LED一般所消耗的功率超過(guò)1W。這意味著白光LED驅(qū)動(dòng)器IC必須以高效率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣它才能不成為熱問(wèn)題的主要成因。另外，在很多情況下都存在空間受限問(wèn)題，LED驅(qū)動(dòng)解決方案必須占板面積小，而且外形尺寸小。以手機(jī)為例，今天大多數(shù)手機(jī)都有內(nèi)置數(shù)碼相機(jī)，能夠拍攝高分辨率照片和視頻。相機(jī)性能的提高也導(dǎo)致對(duì)大功率白色光源的需求

6、，相機(jī)在室內(nèi)或在昏暗環(huán)境中需要使用這樣的光源，白光LED已經(jīng)成為相機(jī)手機(jī)的主要光源。因?yàn)榘坠釲ED擁有多種現(xiàn)代手機(jī)設(shè)計(jì)師所希望的特點(diǎn)：尺寸小、高光輸出，能夠提供“閃光”和對(duì)“視頻”對(duì)象連續(xù)照明。目前已經(jīng)專(zhuān)門(mén)為集成式相機(jī)照明開(kāi)發(fā)了高輸出功率LED。便攜式產(chǎn)品照明解決方案高亮度LED驅(qū)動(dòng)解決方案高端電視機(jī)、工業(yè)照明應(yīng)用、汽車(chē)導(dǎo)航顯示屏和投影機(jī)的LCDTFT背光照明可能采用高亮度(HB)和超亮LED。這類(lèi)LED常見(jiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域是儀表板背光照明、

7、內(nèi)部照明，以及很多轎車(chē)和卡車(chē)的剎車(chē)燈。豪華汽車(chē)制造商越來(lái)越多地利用最新的固態(tài)LED照明技術(shù)來(lái)提高未來(lái)車(chē)型的美感，用這些更輕、更小和更耐用的器件實(shí)現(xiàn)內(nèi)部和外部照明。很明顯，與用白熾燈照明相比，LED有很多優(yōu)點(diǎn)，例如LED有望降低長(zhǎng)期成本并具有較長(zhǎng)的壽命。不過(guò)，以大電流驅(qū)動(dòng)LED要求DCDC轉(zhuǎn)換器準(zhǔn)確調(diào)節(jié)電流，以確保一致的光強(qiáng)和顏色一致性并保護(hù)LED。此外，還有一個(gè)重大挑戰(zhàn)，即用可能低于、等于或高于負(fù)載電壓的電池電壓為1個(gè)或幾個(gè)LED串供電

8、。另一個(gè)引起關(guān)注的問(wèn)題是以大調(diào)光比高效率地對(duì)這些LED調(diào)光，與此同時(shí)還要在低亮度和高亮度時(shí)保持這些LED的顏色特性不變。最后，一個(gè)至關(guān)重要的要求是，DCDC驅(qū)動(dòng)器要高效率工作，尤其是在驅(qū)動(dòng)HBLED時(shí)更是這樣，因?yàn)樗形崔D(zhuǎn)化成光的功率都轉(zhuǎn)化成熱量消耗掉了。用汽車(chē)電池驅(qū)動(dòng)LED時(shí)，要求DCDC轉(zhuǎn)換器準(zhǔn)確調(diào)節(jié)LED電流，以確保一致的光強(qiáng)和顏色一致性，并保護(hù)LED。此外，視LED的用途不同，DCDC穩(wěn)壓器還應(yīng)該為特定電源要求而優(yōu)化。這里的重大

9、挑戰(zhàn)也是用可能低于、等于或高于負(fù)載電壓的電池電壓為1個(gè)或幾個(gè)LED串供電。需要關(guān)注的問(wèn)題也是以大調(diào)光比高效率地對(duì)LED調(diào)光，與此同時(shí)在低亮度和高亮度時(shí)保持這些LED的顏色特性不變。DCDC驅(qū)動(dòng)器要以高效率工作也是至關(guān)重要的要求，尤其是驅(qū)動(dòng)HBLED時(shí)，原因與上述相同，未轉(zhuǎn)化成光的功率都轉(zhuǎn)化成熱量浪費(fèi)掉了。LTC3783是一種電流模式、多種拓?fù)滢D(zhuǎn)換器，具有恒定電流PWM調(diào)光能力，適用于驅(qū)動(dòng)大功率LED串和LED組。該器件采用專(zhuān)有技術(shù)，具有

10、極快的PWM負(fù)載切換速度，而且無(wú)瞬態(tài)欠壓或過(guò)壓?jiǎn)栴}。LTC3783能以數(shù)字方式實(shí)現(xiàn)3000:1的調(diào)光比(在100Hz時(shí))，因?yàn)門(mén)rueColPWM調(diào)光能夠保證白光和RGBLED的顏色一致性。使用模擬控制方式時(shí)，LTC3783還可實(shí)現(xiàn)100:1的附加調(diào)光比。這種調(diào)光能力很重要，因?yàn)槿搜蹖?duì)環(huán)境光線(xiàn)的微小變化極度敏感。這個(gè)通用控制器可用作升壓、降壓、降壓升壓、SEPIC或反激式轉(zhuǎn)換器，以及用作恒流恒壓調(diào)節(jié)器。無(wú)RSENSE工作模式利用MOSF

11、ET的接通電阻，無(wú)需電流檢測(cè)電阻，提高了效率。LTC3873的典型應(yīng)用如下圖所示。LT3475是一個(gè)雙通道36V、2MHz的降壓型DCDC轉(zhuǎn)換器，用作恒流LED驅(qū)動(dòng)器，每通道提供高達(dá)1.5A的LED電流。采用內(nèi)部檢測(cè)電阻和調(diào)光控制使該器件非常適用于驅(qū)動(dòng)大電流LED。LT3475可在50mA至1.5A的寬電流范圍內(nèi)保持高輸出電流準(zhǔn)確度，同時(shí)獨(dú)特的TrueColPWM電路可實(shí)現(xiàn)3000:1的調(diào)光范圍。LT3475具有4V至36V的寬輸入電壓