基于MAX16801／16802的LED照明驅動的設計

引言

LED作為一種出現時間最晚的照明技術，其優點不僅體現在發光質量方面，在生產、制造、易用性方面都要大大超越白熾燈、熒光燈等傳統光源。受到熒光燈發光原理的啟發，LED生產商通過在高亮度藍光LED管芯上加一層熒光粉，用藍光激發熒光粉發出白光。此外，通過采用不同的熒光粉，可發出色溫為4500～10000K及色溫為2850～3800K的多種白光LED，白光LED的發光效率大都已超過301m／W，某些產品已超過50lm／W的水平，具備了正式大規模實用化的基礎。RGB三色LED合成白光綜合性能好，在高顯色指數下，流明效率有可能高到2001m／w，要解決的主要技術難題是提高綠光LED的電光轉換效率，目前其只有13％左右。對于LED激發熒光粉發光而言，三基色混光可以避免前者光譜分布不連續，顯色性不好等缺點，同時三基色混光的人眼舒適度可大大提高，由三基色PWM調制后可以根據需要在同一光源實現多色和全彩色照明。

1 設計理念及方案

設計大功率半導體驅動，首先要從發光芯片選擇及光源實現；驅動電路設計，二次光學設計；設備封裝三個方面考慮。

在LED照明中，有單色LED激發熒光粉發光的成功設計案例，但考慮到這種方案出光難以實現全光譜、高顯色，在本次設計中采用RGB三基色混光光源，及對紅綠藍三種單色LED芯片單獨驅動，分別發光實現光源的完成。為了滿足大功率輸出下的照度穩定，要實現對LED溫度衰減的補償，同時也要對啟動時的浪涌脈沖和電流的不穩定波動做出補償。在二次光學設計時主要考慮三基色混光，在積分球混光和光纖耦合的對比中選擇光纖耦合，將三色芯片的出光通過光纖耦合混光后輸出。

2 LED光學特性及電氣特性

對于超高亮LED的特性，當正向電壓超過某個閾值(約2V)，即通常所說的導通電壓之后，可近似認為，IF與VF成正比。當前超高亮LED的最高IF可達1A，而VF通常為2～4V。由于LED的光特性通常都描述為電流的函數，而不是電壓的函數，采用恒流源驅動可以更好地控制亮度。此外，LED的正向壓降變化范圍比較大(最大可達lV以上)，VF的微小變化會引起較大的IF變化，從而引起亮度的較大變化。所以，采用恒壓源驅動不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驅動。LED的光通量與溫度成反比，85℃時的光通量是25℃時的一半，而-40℃時的光輸出是25℃時的1．8倍。溫度的變化對LED的波長也有一定的影響，因此，良好的散熱是LED保持恒定亮度的保證。

3 混光方案

三基色加性混光是指光的三原色混合可以得到白色光源和灰度光。對于LED，根據國際照明委員會CIE發布的色度圖知道，光的色彩與三基色R、G、B的比例有關，并且有r(λ)+g(λ)+b(λ)=1。LED取RGB合成白光這種辦法的主要問題是綠光的轉換效率低，現在紅綠藍LED轉換效率分別達到30％、10％和25％，由于合成白光所要求的色溫和顯色指數不同，對合成白光的各色LED流明效率也有不同。當對三個發光芯片提供不同比例的脈寬電流時，可以輸出不同灰度的照明光源，如果對于混光比例實現多級的灰度計算，即可接近全彩色調光。為了提高混光效率，常用的方案有積分球混光、混光棒混光。為了減小器件封裝體積，本方案運用光纖耦合混光，即使三芯片發出的光經過凸透鏡注入位于焦點處的光纖，并在光纖中進行混光，混光通過光纖出送至凹透鏡輸出。

4 驅動電路設計

整個電路分三部分：a．開關電源，實現市電向低壓恒流LED適應電流的轉換；b．PWM調制電路，實現對LED出光效率的控制；c．控制電路，實現對開關電源和PWM的連接和控制，實現混光后對出光灰度的控制。

4．1 基于MAXl6801／16802的AC／DC開關電源

高亮度(HB)LED驅動器控制集成芯片MAXl680l／16802基本滿足了實際LED驅動器關鍵電路的要求，可用于高亮度照明和顯示應用，可進行85～265V的AC整流電壓輸入，需要精度調節LED電流時，可利用片上的誤差放大器以及精度為1％的基準。通過片內PWM亮度調節也可以實現較寬的亮度調節范圍。

MAXl6801／16802內部功能如圖1所示。

單個LED芯片的驅動電路如圖2所示。