照明用LED驱动器需求和解决方案分析

作为固态光源的发光二极管(LED)的大量兴起，使白炽灯日益茫然。在过去几年中，LED技术早已有了很大变革，在风扇、PCB和工艺技术方面的变革使得LED有了更高的亮度、更高的效率、更长的寿命和更加较低的成本。

然而，在能量切换效率、热量管理和生产成本方面，LED依然有更进一步提高的空间。例如，LED效率就早已取得了很大的提升。LED的众多改良源于现在能在芯片内更佳地产生光，以及有更佳的方法从芯片及其PCB中取得光源。

某种程度地，20mA白光LED的售价早已大幅度减少，这种LED刚发售时，批购报价为1美元。而目前有可能以将近30美分的批购价购买20mA的白光LED。LED灯光应用于需求分析当然，所有这些变革不仅增进了LED在有所不同应用于中作为灯光光源的用于，同时也性刺激了对LED驱动器IC的市场需求。

要理解设计和生产LED驱动器IC面对哪些障碍，就必需理解白光LED要闪烁必须哪些条件。白光LED必需用一个恒定电流源驱动，这样白色光点才会变化(也就是亮度必需完全一致)。另外，既然白光LED是一个二极管，那么就必需解决它内部的相反压降(Vf)。Vf随着白光LED电流值的有所不同而有所不同，也不会随着温度的变化而变化。

一般情况下，在整个工作温度范围内，20mA白光LED的Vf在2.5V至3.9V的范围内变化。大多数应用于都用于多个白光LED，而且还有可能将这些LED配备成并联、串联或串并联混合形式。

这意味著白光LED驱动器IC必需需要为特定配备的多个LED获取充足的电流和电压，而且这种IC所使用的电压切换流形必需同时符合输出电压范围和输入电压与电流的拒绝。LED的少见应用于还包括汽车和飞机仪表盘的表明和命令、交通信号灯、手机、平板显示器背光源、矿工灯、建筑和室外大型体育场灯光等，而目前和未来几年内，LED市场快速增长的仅次于驱动力来自平板显示器的背光灯光市场需求。这些显示器使用LCD屏，用作电视机、导航系统、便携式媒体播放器、数字广告牌和计算机监视器。

不过，使用LED面对热量管理的技术挑战。尽管LED不像其它光源那样电磁辐射那么多热量，但是根据输出功率的有所不同，一些LED或许必须适合的散热器，这样光输入才会增加，寿命也会延长。

例如，光输入为25lm的高亮度LED一般所消耗的功率多达1W。这意味著白光LED驱动器IC必需以高效率展开切换，这样它才能不沦为热问题的主要成因。另外，在很多情况下都不存在空间有限问题，LED驱动解决方案必需占到板面积小，而且外形尺寸小。

以手机为事例，今天大多数手机都有内置数码相机，需要摄制高分辨率照片和视频。照相机性能的提升也造成对大功率白色光源的市场需求，照相机在室内或在明亮环境中必须用于这样的光源，白光LED早已沦为照相机手机的主要光源。因为白光LED享有多种现代手机设计师所期望的特点：尺寸小、高光输入，需要获取闪光和对视频对象倒数灯光。

目前早已专门为集成式照相机灯光研发了高输出功率LED。便携式产品灯光解决方案尽管用大功率LED产生红外线很非常简单，但是如果不对有数设计展开改良，要构成高性能电源和电流掌控解决方案却十分艰难的。凌力尔特公司的LTC3454是一种新产品，专门用作在大电流照相机灯光应用于中提升电源切换效率和准确度，并优化对LED电流的掌控。图：基于LTC3783的大功率PWMLED驱动电路LTC3454是一种实时升压-降压型DC/DC转换器，为用单节锂离子电池输出以超过1A的电流驱动单个大功率LED而优化。

该器件视VIN与LED相反电压之间关系的有所不同，自动在实时升压、实时降压和4电源升压-降压模式之间切换。在整个能用锂离子电池电压范围内(2.7~4.2V)可实现低于90%的PLED/PIN效率。完全所有由电池供电的便携式产品都使用彩色有源矩阵LCD来表明用户所需的信息和数据。

不过，制造商却面对着一种挑战，即必须保证用户在任何环境中都能从这样的显示器上看见信息。为了构建这个目标，制造商必需获取背光灯光强度适合的彩色LCD。这种背光灯光一般是由白光LED获取的。

因而，产生灵活、高效率和低噪声的LED供电解决方案市场需求。凌力尔特公司目前早已获取了大量白光LED驱动器IC解决方案。

这些解决方案或者用于低噪声无电感器DC/DC转换器(更加少见的称谓是电荷泵)，或者用于DC/DC转换器，这两种转换器的主要差异是否必须电感器(磁性元件)。无电感器DC/DC转换器十分限于于空间有限应用于，在这种应用于中，必需获取较低至中等大小的阻抗电流。

此外，这种转换器使用小型PCB，必须非常少的外部组件，一般来说仅有必须3个陶瓷电容器。大多数降压型DC/DC转换器都展开了专门设计，以便为白光LED背光灯光获取高效率和恒电流驱动。

LTC3208是一种无电感器、大电流、软件可配备的多显示屏LED控制器，可以驱动17个LED。该器件所含一个1A的高效率、低噪声电荷泵，居多、副、RGB、照相机和辅助LED显示屏供电。

LTC3208具备高达95%的效率和I2C串行接口，给用户带给的益处有更长的电池寿命、非常简单的2线微控制器模块等。LT3486是一种双通道、1.3A白光LED降压型转换器，具备长调光范围，专门为用单节锂离子电池以恒定电流驱动多达16个LED(每个转换器驱动8个串联的LED)而设计。高亮度LED驱动解决方案高端电视机、工业灯光应用于、汽车导航系统显示屏和投影机的LCDTFT背光灯光有可能使用高亮度(HB)和超亮LED。

这类LED少见的应用领域是仪表板背光灯光、内部灯光，以及很多轿车和卡车的刹车灯。奢华汽车制造商更加多地利用近期的固态LED灯光技术来提升未来车型的美感，用这些更加重、更加小和更加轻巧的器件构建内部和外部灯光。很显著，与用白炽灯灯光比起，LED有很多优点，例如LED未来将会减少长年成本并具备较长的寿命。

不过，以大电流驱动LED拒绝DC/DC转换器精确调节电流，以保证完全一致的透射和颜色一致性并维护LED。此外，还有一个根本性挑战，即用有可能高于、相等或低于阻抗电压的电池电压为1个或几个LED串供电。另一个引发注目的问题是以大调光比高效率地对这些LED调光，与此同时还要在较低亮度和高亮度时维持这些LED的颜色特性恒定。

最后，一个至关重要的拒绝是，DC/DC驱动器要高效率工作，特别是在是在驱动HBLED时堪称这样，因为所有并未转化成光的功率都转化成热量消耗掉了。用汽车电池驱动LED时，拒绝DC/DC转换器精确调节LED电流，以保证完全一致的透射和颜色一致性，并维护LED。此外，视LED的用途有所不同，DC/DC稳压器还应当为特定电源拒绝而优化。

这里的根本性挑战也是用有可能高于、相等或低于阻抗电压的电池电压为1个或几个LED串供电。必须注目的问题也是以大调光比高效率地对LED调光，与此同时在较低亮度和高亮度时维持这些LED的颜色特性恒定。

DC/DC驱动器要以高效率工作也是至关重要的拒绝，特别是在是驱动HBLED时，原因与上述完全相同，并未转化成光的功率都转化成热量浪费掉了。LTC3783是一种电流模式、多种流形转换器，具备恒定电流PWM调光能力，限于于驱动大功率LED串和LED两组。

该器件使用专有技术，具备很慢的PWM阻抗转换速度，而且无瞬态欠压或过压问题。LTC3783能以数字方式构建3,000:1的调光比(在100Hz时)，因为TrueColorPWM调光需要确保白光和RGBLED的颜色一致性。用于仿真掌控方式时，LTC3783还可实现100:1的可选调光比。

这种调光能力很最重要，因为人眼对环境光线的微小变化极为脆弱。这个标准化控制器可用于降压、升压、升压-降压、SEPIC或反激式转换器，以及用于恒流/恒压调节器。无RSENSE工作模式利用MOSFET的接上电阻，需要电流检测电阻，提升了效率。

LTC3873的典型应用于如下图右图。LT3475是一个双通道36V、2MHz的升压型DC/DC转换器，用于恒流LED驱动器，每地下通道获取高达1.5A的LED电流。使用内部检测电阻和调光掌控使该器件十分限于于驱动大电流LED。

LT3475可在50mA至1.5A的长电流范围内维持低输入电流准确度，同时独有的TrueColorPWM电路可实现3,000:1的调光范围。LT3475具备4V至36V的长输出电压范围，可调节从4节碱性/镍镉/镍氢金属电池和5V逻辑电压轨到未稳压的墙上变压器和汽车电源系统的多种电源。其电源频率可在200kHz至2MHz的范围内设置，因此容许用于纤巧的电感器和陶瓷电容器，同时还可避免一些关键频带(如AM广播频带)。LT3475可为驱动两个或4个大电流LED构成十分灵活的解决方案。

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