省電、高亮度LED需要高性能LED驅(qū)動(dòng)器

　　背景

　　在很多家庭、機(jī)構(gòu)、政府和工業(yè)應(yīng)用中，高亮度 (HB) 白光 LED 正在快速取代白熾燈照明。在很多情況下，較高效率的 LED 可將功耗降低多達(dá) 88%，從而大幅降低給 LED 供電而發(fā)電所需的碳排放量。根據(jù)計(jì)算，如果將傳統(tǒng)白熾燈和熒光燈轉(zhuǎn)變?yōu)?LED 照明，那么全世界總能源消耗量可能節(jié)省多達(dá) 10%。LCD 高清電視機(jī) (HDTV) 應(yīng)用是增長最快的 LED 市場之一，對于大型 LCD-TFT 平板背光照明來說，白光 LED 陣列正在取代 CCFL 照明。LED有更高的效率、更長壽命以及能夠提供局部調(diào)光功能，已經(jīng)使 LCD 高清電視機(jī)能夠獲得超過 7,000,000:1 的對比度，這相比基于 CCFL 的設(shè)計(jì)高了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，LED 外形扁平，使高清電視機(jī)能夠制造成厚度僅為 1.5 英寸，同時(shí)大幅降低高清電視機(jī)所需的電力。

　　隨著LED照明在這么多應(yīng)用中激增，LED市場的增長率也在持續(xù)加速，即使在當(dāng)下這種經(jīng)濟(jì)艱難時(shí)期也一樣。盡管預(yù)測數(shù)據(jù)各不相同，但是趨勢是明顯的：高亮度LED市場正在以高得驚人的速度增長。根據(jù)法國Yole Development公司的市場調(diào)查，到2012年，所有類型LED的市場規(guī)模將達(dá)到103億美元。其中，高亮度和超高亮度LED (ILED ≥ 100mA)合起來將占大約44.5億美元，這幾乎是 2007年7.83億美元市場規(guī)模 (基于封裝LED計(jì)算) 的 5.5 倍。迄今為止，這種增長大多數(shù)由較小電流的LED主導(dǎo)，主要在100~500mA范圍。不過，較大電流的LED應(yīng)用正在變得更加普遍，這類應(yīng)用需要2~20A電流驅(qū)動(dòng)單個(gè)LED。首批大電流LED出現(xiàn)在汽車前燈中，現(xiàn)在從大功率建筑照明到高性能DLP (Digital Light Projection) 投影儀，LED可以在各種應(yīng)用中見到。在可預(yù)見的未來，這些應(yīng)用性能的提高將繼續(xù)促進(jìn)大電流LED的高速增長。隨著人們加速努力降低因生產(chǎn)能源而導(dǎo)致的碳排放總量，LED可使全球照明的使用能源減少10%，而這為向LED照明的轉(zhuǎn)變增加了動(dòng)力。

　　正在興起的大功率LED應(yīng)用

　　大電流LED的推出使利用這些LED的大功率照明應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，從而取代了效率相對低的白熾燈。在建筑照明和DLP投影儀等應(yīng)用中，傳統(tǒng)上需要500~1000W的鹵素?zé)?，?20A LED可以提供同樣的光輸出(以流明為單位)，但是僅需要相當(dāng)于鹵素?zé)?0%的電力。在建筑應(yīng)用中，LED驅(qū)動(dòng)器的效率必須非常高，而且能提供寬的調(diào)光比，以在多種環(huán)境條件下保持恒定的光輸出。在高端DLP投影應(yīng)用中，紅、綠和藍(lán)(RGB)光LED陣列取代了傳統(tǒng)的鹵素?zé)?、色輪和鏡陣(MEM)。不過，為了準(zhǔn)確地混合顏色，LED驅(qū)動(dòng)器必須能夠在兩個(gè)不同的穩(wěn)定峰值電流狀態(tài)之間快速切換，而且能夠覆蓋PWM調(diào)光范圍而不會(huì)有中斷。設(shè)計(jì)能夠滿足這些苛刻的速度和準(zhǔn)確度要求的大電流LED驅(qū)動(dòng)器IC，同時(shí)優(yōu)化總體效率，給IC設(shè)計(jì)師帶來了很多新的挑戰(zhàn)。

　　用于DLP投影儀的LED照明

　　高端DLP投影儀歷史上一直使用大功率白熾燈以及色輪和鏡陣，以投射相對高分辨率的圖像。

　　隨著很多這類投影儀需要500W甚至5kW的燈，整個(gè)系統(tǒng)的熱量管理成為主要的設(shè)計(jì)障礙。甚至在有大量熱量管理系統(tǒng) (這些系統(tǒng)需要恒定氣流冷卻) 的情況下，燈的壽命也相對較短，而且更換非常昂貴。新的設(shè)計(jì)用一個(gè)大電流RGB LED陣列取代大功率燈、色輪和鏡陣，這極大地減少了浪費(fèi)的熱能，同時(shí)改善了顏色混合的準(zhǔn)確度，極大地提高了對比度和總體分辨率。不過，為了達(dá)到想要的性能水平，這些 LED 需要獨(dú)特的 LED 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)。首先，驅(qū)動(dòng)器必須能夠提供高達(dá) 20A 的連續(xù) LED 電流和高達(dá) 40A 的脈沖電流。其次，驅(qū)動(dòng)器必須提供超過 90% 的效率，以最大限度地減少對熱量問題的考慮。最后，為了實(shí)現(xiàn)顏色混合所需的寬動(dòng)態(tài)范圍，驅(qū)動(dòng)器必須能夠在 3 個(gè)良好穩(wěn)定的電流狀態(tài)之間快速和準(zhǔn)確地切換，而且沒有任何中斷。

　　LT3743

　　LT3743 是一種同步降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，為提供恒定電流以驅(qū)動(dòng)大電流 LED 而設(shè)計(jì)。該器件的 5.5~36V輸入電壓范圍使其非常適用于多種應(yīng)用，包括工業(yè)、DLP 投影和建筑照明。LT3743從一個(gè)標(biāo)稱 12V 的輸入提供高達(dá) 20A 的連續(xù) LED 電流，從而提供超過 80W 的功率。在脈沖 LED 應(yīng)用中，該器件可以提供高達(dá) 40A 的 LED 電流或從一個(gè) 12V 輸入提供 160W 功率。高達(dá) 95% 的效率使得無需外部散熱措施，并極大地簡化了熱量設(shè)計(jì)。一個(gè)頻率調(diào)節(jié)引腳使用戶能夠在 100kHz 至 1MHz 之間設(shè)定頻率，因此設(shè)計(jì)師們可以優(yōu)化效率，同時(shí)最大限度地減小外部組件尺寸。LT3743 有 PWM 和 CTRL_SELECT 調(diào)光 (參見圖 1)，在 3 種 LED 電流值上提供 3000:1 的調(diào)光能力，從而使該器件非常適合諸如 DLP 投影儀中所需的那類顏色混合應(yīng)用。類似地，LT3743 獨(dú)特的拓?fù)涫顾軌蛴貌坏?2ms 的時(shí)間在兩個(gè)穩(wěn)定的 LED 電流值之間轉(zhuǎn)換，從而在 RGB 應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了更準(zhǔn)確的顏色混合。