LED驅動器IC可為眾多照明應用的發展起到引領作用

　　引言

　　在過去幾年，LED 市場已經出現了大幅增長。隨著散熱、封裝和工藝方面取得的進步，已經實現了更高的亮度、更高的效率、更長的壽命和更低的成本。與白熾燈泡不同，LED 沒有會燒斷的燈絲，而且它們的工作溫度往往較低。此外，白熾燈泡還將 90% 的電能以熱量的形式白白浪費掉了。順便說一句，白熾燈泡的照明燈具設計之所以更像是散熱器 (而不是用于散播所產生之光線的外罩)，其原因就在于此。

　　大功率或高亮度 (HB) LED 的光輸出已經超過了每瓦 100 流明 (即 100 lm/W) 這一具有里程碑意義的關鍵數值。實際上，有些制造商聲稱，已經在實驗室中實現了 200 lm/W 的光輸出。那么顯然，在發光效率方面，LED 已經超過了白熾燈 (典型的 60W 白熾燈光輸出大約為 14 lm/W)。或者換一種說法，一個光源的光輸出量 (用流明來衡量) 與產生該光輸出所消耗的功率 (以瓦來衡量) 之比。即便如此，人們仍然預計，在未來一年，具 150 lm/W 光輸出的 LED 將能在市面上方便地買到。另一個好處是 LED 的壽命。視計算方式的不同，一個白光 LED 燈至少有三萬五千小時的壽命，有些甚至聲稱能長達 10 萬小時，而白熾燈的壽命大約為 1000 小時。為了正確理解這一點，來做一下如下計算，如果你每天使用一個 LED 燈 10 小時，那么該 LED 燈應該能持續使用 9 年半時間，與標準白熾燈可憐的 1/3 年大相徑庭!

　　高亮度 LED 照明的成本也已經非常迅速地下降了。過去幾年，單個白光二極管的價格已經下降，今天價格已經不到 1 美元了，一個 LED 燈中有幾個這樣的二極管，這些二極管的成本占 LED 燈成本的大部分。很多 LED 行業分析師預測，今年，取代白熾燈的 LED 燈的價格將達到消費者可接受的程度。有些 LED 制造商宣布，已經設計出了一些發光芯片，能使 LED 燈產生與大多數家庭中常見的 75W 白熾燈相媲美的光輸出。這類 LED 芯片通常僅需要大約 9W 功率，就能產生同樣的光輸出量。與光輸出量相同的白熾燈相比，9W 功率連其 1/8 都不到。不過，很少有人認識到，這些效率超乎尋常的 LED 燈的關鍵之處是，在 LED 燈內驅動 LED 所需的電路。令人難以置信的是，這種電路的核心是模擬 LED 驅動器 IC。

　　今天，LED 驅動器 IC 必須具有的一個主要的性能特點是能充分地對 LED 調光。既然 LED 是用恒定電流驅動的，且 DC 電流值與 LED 亮度成正比，那么要通過控制 LED 電流來改變 LED 亮度，就有兩種調光方法。第一種方法是模擬調光，采用這種方法時，LED DC 電流值隨恒定 LED 電流值的降低成正比降低。降低 LED 電流可能引起 LED 色彩的變化，或者 LED 電流控制不準確。第二種方法是數字或脈沖寬度調制 (PWM) 調光。PWM 調光以等于或高于 100Hz 的頻率接通和斷開 LED，以這種頻率切換，人眼是察覺不到的。PWM 調光的占空比與 LED 亮度成正比，而在接通時 LED 電流保持相同的值 (如 LED 驅動器 IC 所設定)，從而在高調光比時保持了恒定不變的 LED 色彩。這種 PWM 調光方法在某些應用中使用時，能實現高達 30,000:1 的調光比。

　　尤其在驅動高亮度 LED 的情況下，LED 驅動器 IC 必須憑借既滿足輸入電壓范圍又滿足所需的輸出電壓及電流要求的轉換拓撲，為很多不同類型的 LED 配置提供充足的電流和電壓。一個值得注意的例外是離線式 LED 應用，理想情況下，高亮度 LED 驅動器 IC 應該具有以下特點：

　　A. 寬輸入電壓范圍 ─ 高達 100V

　　B. 寬輸出電壓范圍 ─ 高達 100V

　　C. 高效率轉換 ─ 高達 98%

　　D. 嚴格調節的 LED 電流匹配 ─ 隨溫度變化不到 5%

　　E. 低噪聲、恒定頻率工作 ─ 高達 2.5MHz

　　F. 獨立的電流和調光控制

　　G. 寬調光范圍比 ─ 30,000:1

　　H. 多種轉換拓撲，包括降壓型、升壓型、降壓-升壓型和 SEPIC

　　I. 很多保護功能，例如對 LED 串開路和 LED 引腳至 VOUT 短路的保護以及準確的欠壓閉鎖門限

　　J. 占板面積緊湊并需要最少外部組件的小型解決方案

　　汽車采用高亮度 LED 的例子

　　毫無疑問，大部分汽車前燈仍然還是白熾燈。不過，白熾燈這種主導地位已經開始面臨來自高強度放電 (HID) 燈和高亮度 LED 燈的壓力。高強度放電燈包括所有用在普通照明應用中的高強度放電燈，例如高壓水銀蒸氣燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈以及金屬鹵化物燈。要在室內、建筑物或室外空間為工作或生活環境照明，普通照明光源已經足夠亮了。這類環境照明包括住宅照明、商業和工業照明、路燈以及汽車前燈。高強度放電氙燈是第一種用于汽車前燈的高強度放電燈，于 20 世紀 90 年代推出。不過，這類燈的生產制造成本非常高，因此它們的使用一直僅限于高檔汽車。由于最近高亮度 LED 燈的推出，未來這類高強度放電氙燈的使用將會迅速減少。因此，未來 10 年高亮度 LED 前燈的增長率將是最高的。

　　汽車照明系統設計師面臨的最大障礙之一是，怎樣優化最新一代 LED 的所有特色和優勢。既然 LED 一般需要一個準確和高效率的電流源和一種給 LED 調光的方法，那么 LED 驅動器 IC 就必須設計為在種類繁多的工作條件下滿足這些要求。此外，LED 的電源解決方案必須是高效率、堅固及可靠的，同時還必須非常緊湊并具有高成本效益。

　　可以說，就驅動 LED 而言，要求最苛刻的應用之一將是前燈系統 (由遠光燈和近光燈、白天行車燈、霧燈以及轉向信號燈組成)，因為前燈處于嚴酷的汽車電氣環境中，同時還必須適應多種溫度條件的變化。而且，前燈必須總是能裝進非常受限的空間中，成本結構也要有吸引力。

　　面向汽車前燈的新型 LED 驅動器 IC

　　凌力爾特公司最近推出的 LT3791 是一款 4 開關同步降壓-升壓型 LED 驅動器和穩壓器控制器，非常適用于驅動汽車前燈應用中的高亮度 LED。控制器用高于、低于或等于輸出電壓的輸入電壓工作。該器件具 4.5V 至 60V 的寬輸入電壓范圍和 0V 至 60V 的輸出電壓范圍，同時還可以在工作模式之間無縫轉換。此外，其獨特的同步降壓-升壓型拓撲可實現高達 98% 的工作效率，這可極大地減小因功耗產生熱量而所必需之散熱器的尺寸和重量。

　　圖 1：LT3791 以高達 100W 的功率驅動一個 3A LED 陣列

　　15V TO 60V：15V 至 60V

　　3A、100W LED POWER：3A、100W LED 功率