照明用LED驅(qū)動器解決方案

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。在過去幾年中，LED技術(shù)已經(jīng)有了極大進步，在散熱、封裝和工藝技術(shù)方面的進步使得LED有了更高的亮度、更高的效率、更長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的眾多改進源自現(xiàn)在能在芯片內(nèi)更好地產(chǎn)生光，以及有更好的方法從芯片及其封裝中獲得光源。同樣地，20mA白光LED的售價已經(jīng)大幅降低，這種LED剛推出時，批購報價為1美元。而目前有可能以不到30美分的批購價買到20mA的白光LED。

LED照明應用需求分析

當然，所有這些進步不僅促進了LED在不同應用中作為照明光源的使用，同時也刺激了對LED驅(qū)動器IC的需求。要了解設(shè)計和制造LED驅(qū)動器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必須用一個恒定電流源驅(qū)動，這樣白色光點才不會變化（也就是亮度必須一致）。另外，既然白光LED是一個二極管，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，也會隨著溫度的變化而變化。一般情況下，在整個工作溫度范圍內(nèi)，20mA白光LED的Vf在2.5V至3.9V的范圍內(nèi)變化。大多數(shù)應用都使用多個白光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)動器IC必須能夠為特定配置的多個LED提供足夠的電流和電壓，而且這種IC所采用的電壓轉(zhuǎn)換拓撲必須同時滿足輸入電壓范圍和輸出電壓與電流的要求。

LED的常見應用包括汽車和飛機儀表盤的顯示和指示、交通信號燈、手機、平板顯示器背光源、礦工燈、建筑和露天大型體育場照明等，而目前和未來幾年內(nèi)，LED市場增長的最大驅(qū)動力來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、導航系統(tǒng)、便攜式媒體播放器、數(shù)字廣告牌和計算機監(jiān)視器。不過，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，這樣光輸出才不會減少，壽命也不會縮短。例如，光輸出為25lm的高亮度LED一般所消耗的功率超過1W。這意味著白光LED驅(qū)動器IC必須以高效率進行轉(zhuǎn)換，這樣它才能不成為熱問題的主要成因。另外，在很多情況下都存在空間受限問題，LED驅(qū)動解決方案必須占板面積小，而且外形尺寸小。

以手機為例，今天大多數(shù)手機都有內(nèi)置數(shù)碼相機，能夠拍攝高分辨率照片和視頻。相機性能的提高也導致對大功率白色光源的需求，相機在室內(nèi)或在昏暗環(huán)境中需要使用這樣的光源，白光LED已經(jīng)成為相機手機的主要光源。因為白光LED擁有多種現(xiàn)代手機設(shè)計師所希望的特點：尺寸小、高光輸出，能夠提供“閃光”和對“視頻”對象連續(xù)照明。目前已經(jīng)專門為集成式相機照明開發(fā)了高輸出功率LED。

便攜式產(chǎn)品照明解決方案

盡管用大功率LED產(chǎn)生可見光很簡單，但是如果不對已有設(shè)計進行改進，要形成高性能電源和電流控制解決方案卻非常困難的。凌力爾特公司的LTC3454是一種新產(chǎn)品，專門用于在大電流相機照明應用中提高電源轉(zhuǎn)換效率和準確度，并優(yōu)化對LED電流的控制。

圖：基于LTC3783的大功率PWM LED驅(qū)動電路

LTC3454是一種同步降壓-升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器，為用單節(jié)鋰離子電池輸入以高達1A的電流驅(qū)動單個大功率LED而優(yōu)化。該器件視VIN與LED正向電壓之間關(guān)系的不同，自動在同步降壓、同步升壓和4開關(guān)降壓-升壓模式之間轉(zhuǎn)換。在整個可用鋰離子電池電壓范圍內(nèi)（2.7~4.2V）可實現(xiàn)高于90%的PLED/PIN效率。

幾乎所有由電池供電的便攜式產(chǎn)品都采用彩色有源矩陣LCD來顯示用戶所需的信息和數(shù)據(jù)。不過，制造商卻面臨著一種挑戰(zhàn)，即需要確保用戶在任何環(huán)境中都能從這樣的顯示器上看到信息。為了實現(xiàn)這個目標，制造商必須提供背光照明強度合適的彩色LCD。這種背光照明一般是由白光LED提供的。因而，產(chǎn)生緊湊、高效率和低噪聲的LED供電解決方案需求。

凌力爾特公司目前已經(jīng)提供了大量白光LED驅(qū)動器IC解決方案。這些解決方案或者使用低噪聲無電感器DC/DC轉(zhuǎn)換器（更為常見的叫法是電荷泵），或者使用DC/DC轉(zhuǎn)換器，這兩種轉(zhuǎn)換器的主要差別是是否需要電感器（磁性元件）。無電感器DC/DC轉(zhuǎn)換器非常適用于空間受限應用，在這種應用中，必須提供低至中等大小的負載電流。此外，這種轉(zhuǎn)換器采用小型封裝，需要非常少的外部組件，通常僅需要3個陶瓷電容器。大多數(shù)升壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器都進行了專門設(shè)計，以便為白光LED背光照明提供高效率和恒電流驅(qū)動。

LTC3208是一種無電感器、大電流、軟件可配置的多顯示屏LED控制器，可以驅(qū)動17個LED。該器件含有一個1A的高效率、低噪聲電荷泵，為主、副、RGB、相機和輔助LED顯示屏供電。LTC3208具有高達95%的效率和I2C串行接口，給用戶帶來的益處有更長的電池壽命、簡單的2線微控制器接口等。LT3486是一種雙通道、1.3A白光LED升壓型轉(zhuǎn)換器，具有寬調(diào)光范圍，專門為用單節(jié)鋰離子電池以恒定電流驅(qū)動多達16個LED（每個轉(zhuǎn)換器驅(qū)動8個串聯(lián)的LED）而設(shè)計。

高亮度LED驅(qū)動解決方案

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