大功率LED恒流驅動方案選擇及設計實例

雖然大功率LED現在還不能大規模取代傳統的照明燈具，但它們在室內外裝飾、特種照明方面有著越來越廣泛的應用，因此掌握大功率LED恒流驅動器的設計技術，對于開拓大功率LED的新應用至關重要。LED按照功率和發光亮度可以劃分為大功率LED、高亮度LED及普通LED。一般來說，大功率LED的功率至少在1W以上，目前比較常見的有1W、3W、5W、8W和10W。已大批量應用的有1W和3W LED，而5W、8W和10W LED的應用相對較少。預計大功率LED燈會在2010年上海世博會上大量應用，因此電子和照明行業都非常關注LED照明新技術的發展應用。

恒流驅動和提高LED的光學效率是LED應用設計的兩個關鍵問題，本文介紹大功率LED的應用及其恒流驅動方案的選擇指南，然后以美國國家半導體(NS)的產品為例，重點討論如何巧妙應用LED恒流驅動電路的采樣電阻提高大功率LED的效率，并給出大功率LED驅動器設計與散熱設計的注意事項。

驅動芯片的選擇

LED驅動只占LED照明系統成本的很小部分，但它關系到整個系統性能的可靠性。目前，美國國家半導體公司的LED驅動方案主要定位在中高端LED照明和燈飾等市場。燈飾分為室內和室外兩種，由于室內LED燈所應用的電源環境有AC/DC和DC/DC轉換器兩種方式，所以驅動芯片的選擇也要從這兩方面考慮。

圖1：可變電流和可變電壓基本電路1. AC/DC轉換器

AC/DC分為220V交流輸入和12V交流輸入。12V交流電是酒店中廣泛應用的鹵素燈的電源，現有的LED可以在保留現有交流12V的條件下進行設計。針對替代鹵素燈的設計，美國國家半導體LM2734的主要優勢是體積小、可靠性高、輸出電流高達1A，恰好適合鹵素燈燈口直徑小的特點。

取代鹵素燈之后，LED燈一般做成1W或3W。LED燈與鹵素燈相比有兩大優勢：(1)光源比較集中，1W照明所獲得的亮度等同于十幾瓦鹵素燈的亮度，因此比較省電;(2) LED燈的壽命比鹵素燈長。

LED燈的主要弱點是燈光的射角太窄，成本相對較高。但從長遠來看，由于LED燈的壽命較長，所以還是具有非常大的成本優勢。220V AC/DC轉換器(例如LM5021)主要鎖定舞臺燈和路燈市場。

2. DC/DC轉換器

目前，LED手電筒占據了DC/DC轉換器的絕大部分需求量。手電筒采用的LED功率基本上是1W，供電方式包括鋰電池和鎳鋅電池、堿性電池等。3W 手電筒的應用一直還存在一些難點，因為3W LED燈本身需要散熱，散熱裝置的體積大，從而在一定程度上削弱了LED燈體積小的優勢。此外，由于3W LED燈的電流高達700mA，一次充電后的電池使用時間縮短。盡管如此，對于上述應用國家半導體提供LM3475、LM2623A和LM3485等方案。

礦燈也是LED燈的主要應用領域之一，它屬于特種照明行業，需要專業的認證標準，中國對LED在礦燈領域的應用一直都很重視。目前，LED設計行業存在對特種行業的需求認識不足的問題，設計中常采用一些不切實際的、新奇的設計方案。例如，將LED燈和電池一起嵌入頭盔，卻沒有考慮到礦燈特殊使用環境的各種需求，這可能是造成LED在礦燈市場的應用一直沒有打開局面的重要原因。

對于礦燈LED應用，美國國家半導體提供了豐富的DC/DC穩壓器產品，包括LM3485、LM3478和LM5010。已經用戶采用一顆1W的LED燈，周圍再放6顆普通的高亮度LED燈，構成一種具有特殊閃爍功能的礦燈。

總而言之，LED燈在燈飾和特種照明行業有著廣泛的發展前景，國家半導體為此提供完整的新型LED驅動解決方案

圖3：基于LM2734的恒流驅動電路

高效的恒流驅動電路

恒壓供電的基本電路(圖1左)采用反饋電阻RFB1和RFB2，當負載電流發生變化時，VFB也隨之變化，DC/DC穩壓器通過感知VFB的變化，使輸出電壓維持在一個固定的電平：

V0=(VFB*(RFB1+RFB2))/RFB1 (1)

在圖1右邊電路中，DC/DC穩壓器的FB是高阻輸入端，流經LED的電流IF為：

IF=VFB/RFB (2)