如何利用降壓或升壓轉(zhuǎn)換器優(yōu)化LED照明設(shè)計(jì)

從小閃光燈到舞臺照明系統(tǒng)的這些應(yīng)用中，高亮度LED相比傳統(tǒng)光源，具有更高效率、更長使用壽命和更小尺寸，還可以實(shí)現(xiàn)一些特殊的效果，如調(diào)光、排序和閃爍。精確的電流控制是高效LED照明方案所必須的，種類繁多的LED驅(qū)動器能幫助工程師優(yōu)化這些LED照明設(shè)計(jì)。

照明用大功率LED能產(chǎn)生足夠的光通量，當(dāng)這些器件組成大小合適的陣列后，可用于閃光燈、房間照明、室外照明以及電子指示牌等應(yīng)用中。一系列驅(qū)動器件能維持大功率白色LED中的驅(qū)動電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過1A。

驅(qū)動電流決定了LED的光輸出，因此陣列中所有LED必須以恒流驅(qū)動，以確保終端產(chǎn)品發(fā)光均勻、合適。為確保電流均勻，常將LED串聯(lián)起來。LED正向壓降也必須同時(shí)考慮。LED串中每個(gè)LED都有各自的正向壓降VF。VF通常在3.4V左右，最小變化范圍為2.5~4V(或更高)。

用作LED驅(qū)動器的升壓轉(zhuǎn)換器

為獲得驅(qū)動一定數(shù)量的串聯(lián)LED所需的足夠電壓，可采用升壓轉(zhuǎn)換器來提高電池供電應(yīng)用的電壓。這些應(yīng)用包括閃光燈或者帶LED背光顯示的便攜式設(shè)備。另一方面，在諸如電子告示牌或者交通標(biāo)志這些需要大量LED的應(yīng)用中，驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輸出電壓可能高達(dá)40V。

此外，也可以使用一個(gè)或多個(gè)多通道驅(qū)動器IC。在這些器件中，通道之間的電流匹配必須非常接近，以防止不同LED串之間的亮度不同。例如，最新的多輸出驅(qū)動器在現(xiàn)代大功率LED光輸出容差內(nèi)的電流匹配就非常好。

許多希望設(shè)計(jì)小尺寸、高效率LED照明應(yīng)用的設(shè)計(jì)人員都很關(guān)注工作電壓非常低的產(chǎn)品。Zetex公司的ZXSC310驅(qū)動器是一款恒流升壓轉(zhuǎn)換器，其輸入電壓低至0.8V，在電池電壓下降的情況下也能為LED提供恒流。該器件可被用來提升低電壓電源以驅(qū)動標(biāo)稱VF為3.4V的大功率LED。

ZXSC3在閃光燈及小型便攜式設(shè)備中的控制LED背光應(yīng)用中非常有用。它的一個(gè)外部引腳控制正常工作或者5μA關(guān)閉模式，或者將其連接到脈寬調(diào)制(PWM)信號以控制LED調(diào)光。

美國國家半導(dǎo)體(NS)的LM3410也是一種用于低壓設(shè)備的升壓轉(zhuǎn)換器。該轉(zhuǎn)換器能將2.7~5.5V的輸入電壓轉(zhuǎn)換為3~24V的輸出電壓，可用在顯示背光和其它便攜應(yīng)用中。

在非電池供電應(yīng)用中，采用升壓驅(qū)動器能實(shí)現(xiàn)用LED燈替換對室內(nèi)的壓鹵素?zé)簟＠绲轮輧x器的TPS61160/1升壓轉(zhuǎn)換器可以將標(biāo)準(zhǔn)低壓鹵素?zé)粲玫臉?biāo)稱為12V的直流電源電壓，提高到可驅(qū)動6個(gè)或10個(gè)白色LED的高達(dá)18V的輸出電壓。

圖(a)是采用TPS61161來驅(qū)動10個(gè)LED的電路圖。TPS61161集成了40V/0.7A N溝道MOSFET開關(guān)。它的調(diào)光控制引腳可用作單線數(shù)字接口或者作為PWM輸入，這樣設(shè)計(jì)人員就可以實(shí)現(xiàn)各種控制模式。

圖：(a) 采用德州儀器的TPS61161升壓轉(zhuǎn)換器來驅(qū)動10個(gè)LED的電路圖；
(b) 美國國家半導(dǎo)體公司的LM3406降壓轉(zhuǎn)換器可以提供恒流LED控制

用作LED驅(qū)動器的降壓轉(zhuǎn)換器

大多數(shù)普通照明用的驅(qū)動器都被設(shè)計(jì)成用工作在較高的直流電壓下，這些直流電壓從主電壓轉(zhuǎn)換過來，范圍為大約5V到30V或更高。例如，NS的LM3406是一種自給型(self-contained)降壓穩(wěn)壓器，輸出范圍為6~32V，可提供高達(dá)1.5A的正向恒電流。如圖(b)所示的典型應(yīng)用電路帶有設(shè)定LED電流的外部電阻，以及用于PWM調(diào)光的專用輸入引腳。

Zetex ZXLD1350也是一種類似的降壓穩(wěn)壓器，輸入電壓為7~30V，能為LED提供高達(dá)350mA的電流。它提供一個(gè)外部引腳進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。這個(gè)引腳支持PWM調(diào)光信號或簡單的直流電壓，以便將輸出調(diào)節(jié)由外部傳感電阻設(shè)置的電壓值上下。

多通道和多驅(qū)動器電路設(shè)計(jì)

利用降壓穩(wěn)壓器可驅(qū)動的LED數(shù)量取決于最大輸出電壓。對于電子指示牌或舞臺燈光這樣的大型LED陣列，可能需要多個(gè)驅(qū)動器，每個(gè)驅(qū)動器控制一串LED。

另一種選擇是采用多通道驅(qū)動器。TI的8通道TLC5917驅(qū)動器每通道都可提供高達(dá)120mA的電流。該器件還提供8個(gè)經(jīng)過調(diào)節(jié)的電流端口，可在高達(dá)17V的電壓下工作。通道之間的輸出電流精度優(yōu)于±3%，以有效確保不同LED串的光輸出均勻。

此外，IC之間的精度由于±6%，能使設(shè)計(jì)人員使用多個(gè)TLC5917驅(qū)動器驅(qū)動更大的LED陣列。該驅(qū)動器內(nèi)置了開路負(fù)載、短路負(fù)載以及過溫保護(hù)，可指示大型LED陣列中的器件故障。

隨著大功率LED不斷進(jìn)入各種照明應(yīng)用中，還將有更多先進(jìn)的驅(qū)動器出現(xiàn)，以實(shí)現(xiàn)更高驅(qū)動電流和更簡單的控制，允許設(shè)計(jì)人員在他們的目標(biāo)應(yīng)用中自由地選用最佳數(shù)量的LED。