【導(dǎo)讀】LED技術(shù)已然取得了很大進(jìn)步，在散熱、封裝和工藝方面的改進(jìn)已經(jīng)獲得了高亮度、高效率、長壽命和低成本。與白熾燈不同，LED沒有會(huì)燒壞的燈絲，而且工作時(shí)往往溫度較低。而如今大功率、高亮度的LED驅(qū)動(dòng)器也再創(chuàng)新高。
LED是一種在正向偏置時(shí)會(huì)發(fā)出非相干窄譜光而產(chǎn)生一種電致發(fā)光現(xiàn)象的半導(dǎo)體器件。換句話說，固態(tài)磷光體在電場作用下，將電能直接轉(zhuǎn)換成了光。發(fā)光顏色取決于所用半導(dǎo)體材料的化學(xué)成分，可能接近于紫外線、可見光線或紅外線。
1、大功率、高亮度LED的相關(guān)介紹
大功率或高亮度(HB)LED的光輸出已經(jīng)超過了100lm/W(流明/瓦)這一具有里程碑意義的關(guān)鍵數(shù)值。實(shí)際上，有些制造商已經(jīng)宣布在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)了200lm/W。那么，就發(fā)光有效性而言，LED顯然已經(jīng)超過了白熾燈(一個(gè)典型的60W白熾燈的光輸出為15lm/W)。或者換一種說法，發(fā)光有效性指的是光源的光輸出量(以流明為單位)與產(chǎn)生它所消耗的功率(以瓦為單位)之比。雖然如此，人們預(yù)計(jì)在未來一年內(nèi)將會(huì)在市場上輕而易舉地得到具有150lm/W光輸出的LED。另一個(gè)好處是LED的壽命。視計(jì)算方法的不同而不同，白光LED燈至少具有5萬小時(shí)的壽命，有些甚至聲稱可以長達(dá)10萬小時(shí)，而白熾燈的壽命僅為1200小時(shí)至1500小時(shí)左右。
高亮度LED照明的成本也在迅速下降。幾年前，單個(gè)白光二極管(幾個(gè)這樣的二極管組成一個(gè)LED燈，占了LED燈成本的大部分)的價(jià)格約為4美元，現(xiàn)在已經(jīng)下降到了不足1美元。LED業(yè)界的很多分析師預(yù)測，在未來一年中，取代白熾燈的LED燈價(jià)格將達(dá)到消費(fèi)者可接受的程度。一些LED制造商宣布，已經(jīng)設(shè)計(jì)出能讓LED燈產(chǎn)生的光輸出與大多數(shù)家庭都很常見的75W白熾燈相媲美的發(fā)光芯片。這類LED芯片通常僅需要約9W功率，就能使LED燈產(chǎn)生等同于75W白熾燈的光輸出量。
今天，LED驅(qū)動(dòng)器IC必須具有的一個(gè)關(guān)鍵性能特點(diǎn)是能夠?qū)ED燈進(jìn)行充分調(diào)光。因?yàn)長ED是恒定電流驅(qū)動(dòng)的，而DC電流值與LED亮度成正比，所以改變LED的亮度就有兩種通過控制LED電流來調(diào)光的方法。第一種方法是模擬調(diào)光，采用這種方法時(shí)，通過降低恒定的LED電流值，就可以成正比地降低LED的DC電流。降低LED電流可能引起LED色彩變化，或?qū)е聦?duì)LED電流的控制不準(zhǔn)確。第二種方法是數(shù)字或脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)光。PWM調(diào)光以等于或高于100Hz的頻率(人眼察覺不到)導(dǎo)通和關(guān)斷LED。PWM調(diào)光的占空比與LED的亮度成正比，而導(dǎo)通時(shí)的LED電流保持相同值(如LED驅(qū)動(dòng)器IC所設(shè)定的那樣)，從而在高調(diào)光比時(shí)保持LED色彩不變。在某些應(yīng)用中，這種PWM調(diào)光方法可以在調(diào)光比高達(dá)30,000:1的情況下使用。
尤其是在驅(qū)動(dòng)高亮度LED的情況下，LED驅(qū)動(dòng)器IC必須能以一種既滿足輸入電壓范圍又滿足所需輸出電壓和電流要求的轉(zhuǎn)換拓?fù)洌瑸楹芏嗖煌愋偷腖ED配置提供足夠的電流和電壓。因此，高亮度LED驅(qū)動(dòng)器IC在理想情況下應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：寬輸入電壓范圍，高達(dá)100V；寬輸出電壓范圍，高達(dá)100V；高效率轉(zhuǎn)換，高達(dá)98%；對(duì)LED電流匹配進(jìn)行嚴(yán)格調(diào)節(jié)，在溫度范圍內(nèi)的變化小于2%；低噪聲、恒定頻率工作，高達(dá)2.5MHz；獨(dú)立電流和調(diào)光控制；寬調(diào)光比，高達(dá)30,000:1；多種轉(zhuǎn)換拓?fù)洌ń祲盒汀⑸龎盒汀⒔祲?升壓型和SEPIC；很多保護(hù)功能，例如對(duì)LED串開路、LED引腳至VOUT短路提供保護(hù)，以及準(zhǔn)確的欠壓閉鎖門限；具有最少外部器件的小型緊湊解決方案。
2、高亮度LED 的具體例子
毫無疑問，大部分汽車前燈仍然是白熾燈。不過，這種主導(dǎo)地位將會(huì)受到來自高強(qiáng)度放電(HID)燈和高亮度LED前燈的壓力。HID燈包括所有用在普通照明中的高強(qiáng)度放電燈，例如高壓汞蒸氣燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈和金屬鹵化物燈。為室內(nèi)、建筑物或外部空間等工作或生活環(huán)境照明，一般照明光源足夠亮了。這類照明應(yīng)用包括住宅照明、商用和工業(yè)照明、路燈和汽車前燈。HID氙燈于上世紀(jì)90年代首先引入在汽車前燈中。不過，這類燈的生產(chǎn)制造成本很高，因而僅限于在高端汽車中使用。由于最近推出了高亮度LED，這類HID氙燈的使用會(huì)迅速減少。因此，高亮度LED前燈在未來10年將有最大增長。
汽車照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面臨的最大障礙之一是，如何優(yōu)化該最新代LED所提供的所有功能和優(yōu)勢。因?yàn)長ED一般需要一個(gè)準(zhǔn)確、高效的電流源和一種調(diào)光方法，所以LED驅(qū)動(dòng)器IC必須設(shè)計(jì)為能夠在多種工作條件下滿足這些要求。此外，其電源解決方案必須高效、堅(jiān)固并且可靠，同時(shí)還要非常緊湊和具有成本效益。
可以說就驅(qū)動(dòng)LED而言，最苛刻的應(yīng)用之一將是汽車前燈系統(tǒng)(由遠(yuǎn)光燈、近光燈、白天行車燈、霧燈和轉(zhuǎn)向信號(hào)燈組成)，因?yàn)樗鼈兗冉?jīng)受著嚴(yán)酷的汽車電氣環(huán)境考驗(yàn)，又必須同時(shí)適應(yīng)多種溫度條件變化。而且它們還必須始終能放入非常受限的空間中，并具有富有吸引力的成本結(jié)構(gòu)。
凌力爾特公司最近推出的LT3791是一款同步四開關(guān)降壓-升壓型LED驅(qū)動(dòng)器和穩(wěn)壓器控制器，它非常適用于驅(qū)動(dòng)用于汽車前燈應(yīng)用的高亮度LED。該控制器在高于、低于或等于輸出電壓的輸入電壓范圍內(nèi)工作。該器件具有4.5V至60V的輸入范圍和0V至60V的輸出范圍，還可在工作模式之間無縫轉(zhuǎn)換。此外，其獨(dú)特的同步降壓-升壓型拓?fù)涫构ぷ餍矢哌_(dá)98%，這極大地減小了以熱量形式散出功率損耗所必需的散熱器的尺寸和重量。
以地為基準(zhǔn)的電壓反饋引腳(FB)用作幾個(gè)LED保護(hù)功能的輸入，并使該轉(zhuǎn)換器能夠作為恒定電壓源工作，如圖1所示。該器件還提供故障保護(hù)功能，以使LED在開路或短路的情況下不會(huì)損壞，并對(duì)故障情況進(jìn)行報(bào)告，同時(shí)，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)，定時(shí)器使LT3791能夠繼續(xù)運(yùn)行、閉鎖(latch off)或重啟。它還采用了專有的電流模式拓?fù)浜涂刂萍軜?gòu)，并在降壓和升壓模式時(shí)使用了一個(gè)電流檢測電阻器。
圖1：LT3791以高達(dá)100W的功率驅(qū)動(dòng)一個(gè)3A的LED陣列。
3、本文小結(jié)
盡管高亮度LED驅(qū)動(dòng)器必須具有的性能特點(diǎn)有很多，但是由這種LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的LED必須能夠以最低的功率提供必需的光輸出量，這樣就不會(huì)對(duì)熱量設(shè)計(jì)造成極大的限制。就大功率高亮度LED產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員而言，幸運(yùn)的是，現(xiàn)在既存在高功效LED，又有驅(qū)動(dòng)這些高功效LED的高性能LED驅(qū)動(dòng)器。
