LED驅動IC現(xiàn)狀及趨勢 熱管理不容忽視

　　在過去，發(fā)光二極管（LED）僅僅被用作指示燈。其功耗低、電流更低，而且所產(chǎn)生的熱量也不是問題。然而，時代已經(jīng)變了。如今LED的電流已經(jīng)由幾毫安升級到安培；在某些情況下，LED的功率已經(jīng)從幾毫瓦跳躍到10W以上;而LED所產(chǎn)生的熱量——好吧，可以肯定地講，現(xiàn)在已經(jīng)成了一個不容忽視的問題。

　　在過去，發(fā)光二極管的功率是如此低，所以廢熱非常低,，并且基本上就沒有被燒壞過，美國國家半導體技術專家Rick Zarr表示：“然而新款LED所產(chǎn)生的熱量很大，所以如果你不加以正確的控制，就會對它們的使用壽命造成很大的影響。一個LED燈泡原本可以用10，20或30年，但如果你控制不當，可能兩年就報廢了。

　　這就是為什么項目工程師現(xiàn)在需要關注LED驅動器。最簡單的，驅動器控制輸入電流和輸入電壓，然后重新配置它們供 LED使用。在這個方面來說，驅動器很像在熒光燈上使用了幾十年的鎮(zhèn)流器。

　　雖然，從另一方面來看來，驅動器變得越來越復雜，這使得它們在高功率、高電流、高熱量LED的新時代里發(fā)揮著更加重要的作用。當前的驅動器所具備的功能放到十年前是無法想象的。例如，通過感應電流，他們可以估算LED的亮度等級并對其做相應的改變。他們可以補償諸如熱量或老化之類的變化，甚至可以將LED用于照明應用。此外，通過使用“熱量返送”方案，可以避免LED的熱量達到損害其使用壽命的極限值。

　　要感謝這類創(chuàng)新，發(fā)光二極管的新品正在許多無法預見的應用中尋找一個歸宿。汽車將LED用作剎車燈、“后視鏡腳燈（注：后視鏡腳燈就是安裝在汽車兩側反光鏡下面可以向下照亮車身周圍的燈，在進入比較暗的停車庫時使車輪廓顯得非常漂亮，也可在荒地里照亮泥濘的道路）”甚至是前燈。電視機將LED用作背光;市政部門將LED用作街燈;而消費類電子制造商正在將它們用于上網(wǎng)本、平板電腦和GPS系統(tǒng)。

　　“LED的發(fā)展一年比一年好”，德州儀器公司照明電源產(chǎn)品市場營銷經(jīng)理Peter Di Maso表示。 “這些改進使得LED可被用于一般照明，這就是為什么對更好的驅動器存在這么迫切的需求?！?/P>

　　避免發(fā)熱

　　對于驅動器制造商而言，挑戰(zhàn)在于要在一個小封裝內添加必要的特性。驅動器芯片非常小，尺寸通常為10 × 10毫米或更小。并且，隨著LED制造商將LED納入燈泡設計以取代白熾燈泡，未來的驅動器芯片需要做成更小的尺寸。

　　隨著它們轉向這類應用，驅動器需要具備避免發(fā)光二極管過熱的能力。為了做到這一點，很多供應商傾向于通過向客戶銷售散熱器和風扇來幫助散熱。盡管越來越多的LED用戶希望在LED需要進行散熱之前將其熱量降到最低，而解決這一問題就要從驅動器下手。

　　“在理想情況下LED使用壽命可以達到幾千小時“，Bowling表示。 “但是，要實現(xiàn)這一點，必須讓LED在其正常的工作溫度范圍內工作。如果你將LED放在一個狹小的空間里，那么你需要解決如何散熱的問題?！?

　　驅動器制造商正在通過開發(fā)更新更好的特性來幫助工程師處理這類問題 。例如，美國國家半導體公司已將一個為“熱量返送（thermal foldback）”的特性整合到多款器件---LM3464和LM3424。通過采用熱量返送機制，新款器件可以調節(jié)電流，以使LED始終工作在其最大工作范圍內。

　　“熱量返送并不完全是設計用于出于保護燈泡的目的而進行的散熱。”Zarr表示。 “如果你所處的情況是LED正在接近其工作臨界溫度，驅動器會將折返電流并將燈泡調暗?！?/P>

　　驅動器還將給LED用戶其它理由來限制流經(jīng)器件的電流。例如，Analog Devices公司可以用其ADP1650驅動器來控制常被用于相機閃光燈的高亮度LED中的電流。

　　“從亮度的角度來看，可以通過電流輕松地對LED進行控制”，ADI公司的電源管理部技術總監(jiān)Jose Rodriguez表示。 “因此，我們在我們的驅動器內部設置電流并且對其進行嚴密控制。”

　　控制調光器

　　專家指出，在過去幾年里，零部件廠商讓驅動器的功能更加強大。交流控制三極管（TRIAC）調光電路長期以來被視作是半導體照明的難題，如今可以和LED一同使用。專家稱，通過在這類電路使用LED，這將促成許多面向家庭、商業(yè)和工業(yè)照明的新應用的出現(xiàn)。

　　“當人們在真正的轉向LED燈泡的時候，他們不希望改變其基礎設施，” Zarr表示。 “他們不希望必須將調光器從墻上拿走。這就是為什么我們需要一款針對調光應用的解決方案?！?/P>

　　美國國家半導體的LM3445就是一個調光解決方案的例子。LM3445整合了用于讀取標準 TRIAC調光器調光信號的電路，并將這一信息轉換成脈寬調制電流來驅動LED。

　　德州儀器的TPS92010解決了一個TRIAC-LED方案中常見的功耗問題。TPS92010集成了一個在TRIAC使用過程中不會產(chǎn)生功耗的電路。

　　“僅在光源的電壓輸入是零的情況下才會有電流，所以功耗是零瓦，”德州儀器（TI）的Di Maso表示。 TI向那些希望將這一功能整合到其所設計燈泡的工程師們提供了一款評估模塊。

　　增加的智能

　　因為驅動器制造商希望增加新的功能，他們還在產(chǎn)品整合了微控制器。板載智能使得基于微控制器的驅動器成為實現(xiàn)調光這類功能的最佳候選，因為這使其能夠監(jiān)測各項功能，然后有針對地做出決定。

　　“驅動器可以使用系統(tǒng)的輸入——在本案例中是來自TRIAC調光器的輸入，” Microchip公司的Bowling表示。 “它可以讀取線性電壓。它可以讀取TRIAC調光器的占空比。它可以監(jiān)測LED的工作電壓和溫度。然后，它再做出決定以保持系統(tǒng)在所選定的亮度等級下正常運行?！?/P>

　　Microchip提供了面向驅動器應用8位微控制器系列產(chǎn)品和16位數(shù)字信號控制器系列產(chǎn)品。8位微控制器PIC16F785整合了模擬外設，包括運算放大器、比較器和12通道10位A / D轉換。“可以在微處理器上的搭建模塊，”Bowling稱，“你可以采用模擬器件來調節(jié)驅動器和微處理器，以促進這一功能?！?/P>

　　Microchip的16位dsPIC 33GS數(shù)字信號控制器系列向前邁進了一步，整合了極高速的A / D轉換器，使得它們能夠實時收集數(shù)據(jù)。因此，dsPIC系統(tǒng)允許開發(fā)人員拓展更先進的應用，包括調光、熱保護和顏色控制。

　　同樣，德州儀器提供面向LED驅動器應用的Piccolo系列微控制器。在一個DC/DC式LED開發(fā)工具包中，該技術采用一個MCU來控制LED燈串。該套件旨在鎖定那些想要在高功率應用場合下使用LED，且不用經(jīng)常更換燈泡的客戶。其應用范圍包括路燈、停機坪、工業(yè)照明，這些場所的用戶不希望頻繁更換燒壞的燈泡。

　　“Piccolo微控制器可以通過遠程命令將特定的LED燈串設定在指定等級的亮度”，德州儀器C2000微控制器營銷經(jīng)理Charlie Ice表示。 “它可以檢測電流和確定其亮度等級，并且可以針對情況進行補償。在一個 LED已經(jīng)老化或過熱的情況，它也可以彌補這一不足?！?/P>

　　沒有“萬能型解決方案”

　　在幾乎所有LED應用中，專家指出，效率是誘發(fā)因素。與白熾燈泡相比，有很多白熾燈泡現(xiàn)在采用數(shù)字化控制在特定時間開啟和關閉，以達到省電，而LED不是一定需要智能控制機制。LED的效率是如此之高，幾乎超出了任何產(chǎn)品，使得其幾乎無須推行智能控制。

　　這也是為什么汽車制造商已經(jīng)在尾燈、車內照明及車頭燈中采用LED。在某些情況下，LED可以支持30萬英里的行程，其使用壽命超過了其所在車輛。因此，汽車設計師們很是積極地在車輛車身整合LED模塊，他們知道該模塊可能永遠也不用更換。這樣，反過來，使得設計人員可以更加充分地發(fā)揮其創(chuàng)造能力，他們發(fā)現(xiàn)整合封裝模塊會更加容易。

　　出于同樣的考慮，設計工程師也在GPS系統(tǒng)、上網(wǎng)本，平板電腦和電視背光源系統(tǒng)中用到了LED。隨著亮度提高和成本下降，高效率的LED變得更有意義?！爱斎唬灿杏糜陂_啟和關閉照明系統(tǒng)的動態(tài)機制”，National Instruments公司的Zarr表示。 “但最簡單的機制，是首先用效率更高的東西來替代燈泡”。