分析利用降压或升压转换器优化LED照明设计-设计应用

精品文档-下载后可编辑分析利用降压或升压转换器优化LED照明设计-设计应用当前能源短缺的忧虑再度升高的背景下，节约能源是我们未来面临的重要的问题，在照明领域，LED发光产品的应用正吸引着世人的目光，LED作为一种新型的绿色光源产品，必然是未来发展的趋势，二十一世纪将进入以LED为代表的新型照明光源时代。本文探讨采用Zetex的ZXSC310、美国国家半导体的LM3410和德州仪器的TPS61160/1等升压转换器时应注意的设计问题。

从小闪光灯到舞台照明系统的这些应用中，高亮度LED相比传统光源，具有更高效率、更长使用寿命和更小尺寸，还可以实现一些特殊的效果，如调光、排序和闪烁。的电流控制是高效LED照明方案所必须的，种类繁多的LED驱动器能帮助工程师优化这些LED照明设计。

随着功率的增加，LED的散热问题显得越来越突出，大量实际应用表明，LED不能加大输入功率的基本原因，是由于LED在工作过程中会放出大量的热，使管芯结温迅速上升，热阻变大。输入功率越高，发热效应越大。温度的升高将导致器件性能变化与衰减，非辐射复合增加，器件的漏电流增加，半导体材料缺陷增长，金属电极电迁移，封装用环氧树脂黄化等等，严重影响LED的光电参数。甚至使功率LED失效。因此，对于LED器件，降低热阻与结温、对发光二极管的热特性进行研究显得日趋重要。

照明用大功率LED能产生足够的光通量，当这些器件组成大小合适的阵列后，可用于闪光灯、房间照明、室外照明以及电子指示牌等应用中。一系列驱动器件能维持大功率白色LED中的驱动电流远远超过1A。

驱动电流决定了LED的光输出，因此阵列中所有LED必须以恒流驱动，以确保终端产品发光均匀、合适。为确保电流均匀，常将LED串联起来。LED正向压降也必须同时考虑。LED串中每个LED都有各自的正向压降VF。VF通常在3.4V左右，变化范围为2.5~4V（或更高）。

用作LED驱动器的升压转换器

高功率因素功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上大家点灯，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。

驱动方式现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。

为获得驱动一定数量的串联LED所需的足够电压，可采用升压转换器来提高电池供电应用的电压。这些应用包括闪光灯或者带LED背光显示的便携式设备。另一方面，在诸如电子告示牌或者交通标志这些需要大量LED的应用中，驱动器拓扑结构的输出电压可能高达40V。

此外，也可以使用一个或多个多通道驱动器IC。在这些器件中，以防止不同LED串之间的亮度不同。例如，的多输出驱动器在现代大功率LED光输出容差内的电流匹配就非常好。

许多希望设计小尺寸、高效率LED照明应用的设计人员都很关注工作电压非常低的产品。Zetex公司的ZXSC310驱动器是一款恒流升压转换器，在电池电压下降的情况下也能为LED提供恒流。该器件可被用来提升低电压电源以驱动标称VF为3.4V的大功率LED。

ZXSC3在闪光灯及小型便携式设备中的控制LED背光应用中非常有用。它的一个外部引脚控制正常工作或者5μA关闭模式，或者将其连接到脉宽调制（PWM）信号以控制LED调光。

美国国家半导体（NS）的LM3410也是一种用于低压设备的升压转换器。该转换器能将2.7~5.5V的输入电压转换为3~24V的输出电压，可用在显示背光和其它便携应用中。

在非电池供电应用中，采用升压驱动器能实现用LED灯替换对室内的压卤素灯。例如德州仪器的TPS61160/1升压转换器可以将标准低压卤素灯用的标称为12V的直流电源电压，提高到可驱动6个或10个白色LED的高达18V的输出电压。

图（a）是采用TPS61161来驱动10个LED的电路图。TPS61161集成了40V/0.7AN沟道MOSFET开关。它的调光控制引脚可用作单线数字接口或者作为PWM输入，这样设计人员就可以实现各种控制模式。

图：（a）采用德州仪器的TPS61161升压转换器来驱动10个LED的电路图；

（b）美国国家半导体公司的LM3406降压转换器可以提供恒流LED控制

用作LED驱动器的降压转换器

大多数普通照明用的驱动器都被设计成用工作在较高的直流电压下，这些直流电压从主电压转换过来，范围为大约5V到30V或更高。如图（b）所示的典型应用电路带有设定LED电流的外部电阻，以及用于PWM调光的专用输入引脚。

ZetexZXLD1350也是一种类似的降压稳压器，输入电压为7~30V，能为LED提供高达350mA的电流。它提供一个外部引脚进行电流调节。这个引脚支持PWM调光信号或简单的直流电压，以便将输出调节由外部传感电阻设置的电压值上下。

多通道和多驱动器电路设计

利用降压稳压器可驱动的LED数量取决于输出电压。对于电子指示牌或舞台灯光这样的大型LED阵列，可能需要多个驱动器，每个驱动器控制一串LED。

另一种选择是采用多通道驱动器。TI的8通道TLC5917驱动器每通道都可提供高达120mA的电流。该器件还提供8个经过调节的电流端口，可在高达17V的电压下工作。通道之间的输出电流精度优于±3%，以有效确保不同LED串的光输出均匀。

此外，IC之间的精度由于±6%，能使设计人员使用多个TLC5917驱动器驱动更大的LED阵列。该驱动器内置了开路负载、短路负载以及过温保护，可指示大型LED阵列中的器件故障。

随着大功率LED不断进入各种照明应用中，还将有更多先进的驱动