利用恒流LED驅動器設計高效率LED照明系統(tǒng)

　　隨著高功率LED的問世，照明產(chǎn)業(yè)也面臨新的挑戰(zhàn)。LED的使用壽命及電源轉換效率成為設計LED照明系統(tǒng)時的主要考慮因素。而為了提供恒流以維持LED色彩與亮度的一致性，恒流LED驅動器可作為一個提供恒流輸出的開關式轉換器。此外，省電或高效率的電源轉換需求更是在LED照明應用上不可缺少的要素，而磁滯型脈沖頻率調變技術(Hysteretic PFM)可以大幅提升輕載或重載時的電源轉換效率。本文將探討如何利用恒流LED驅動器設計出高效率、高穩(wěn)定性的LED照明系統(tǒng)。

　　傳統(tǒng)LED驅動器：定電壓模式

　　流經(jīng)LED的電流決定了LED的亮度，電流越大，LED的亮度也會越亮。一般而言，使用定電壓或恒流驅動器都可達到點亮LED的目的。圖1為最簡單的定電壓LED驅動器，流經(jīng)LED的電流是由與LED串聯(lián)的電阻所控制。例如，假設輸入電壓為5V，LED的順向偏壓為3.6V，則在該條件下，如果需要的LED電流為20mA，所要使用的限流電阻即為70Ω。雖然這種方法的架構非常簡單，但LED的電流會隨著落在LED兩端的電壓而改變，如果LED順向偏壓不一致或輸入電壓有些許變動都會對LED的亮度產(chǎn)生影響。除此之外，在限流電阻上的功率損耗也會造成過熱及低效率的問題。

　　圖1：定電壓LED驅動器。

　　傳統(tǒng)LED驅動器：恒流模式

　　另一種常用的LED驅動器為如圖2所示的恒流模式驅動器。在圖2中，LED的電流由線性穩(wěn)壓器所提供，其電流可由R1電阻設定。與定電壓模式驅動器相比，恒流模式驅動器可以控制流經(jīng)LED的電流而不受LED順向偏壓及輸入電壓的不同所影響。但如果輸入電壓與LED總順向偏壓之間的壓差過大的話，還是會在驅動器上產(chǎn)生過熱的問題。

　　圖2：恒流LED驅動器。

　　磁滯型脈沖頻率調變

　　MBI6650的磁滯型脈沖頻率調變控制方式可以在輕載應用下有效提升系統(tǒng)的效率。圖3為MBI6650的應用電路，圖4為磁滯型脈沖頻率調變方式的波型示意圖。圖3中的VSEN為RSEN電阻兩端的壓降，MBI6650的輸出電流就是由該電壓及電阻而定。圖4中的VH為MBI6650內部的高位準參考電壓，其值為VSEN電壓的1.3倍，而VL為VSEN的0.7倍。MBI6650的工作原理為：當電源打開時，VSEN低于VH，因此MBI6650內置的MOSFET開啟，此時電感電流增加連帶使跨在RSEN兩端的VSEN隨之增加。當VSEN等于VH時，內置的MOSFET會關閉，此時電感電流會透過二極管D1)放電而下降，因而使VSEN電壓隨之下降。而當VSEN電壓等于VL時，內置的MOSFET又會再次開啟并重復之前的動作。由于磁滯型脈沖頻率調變的特性，電感電流會一直維持在連續(xù)導通模式(CCM)，這對降低LED漣波電流有很大的幫助。

　　這種控制方式的切換頻率會隨著負載電流而變化，電流越大頻率越低。在相同的負載條件下，電感越大其切換頻率會越低。MBI6650的切換頻率被控制在40kHz以上以避免音頻噪聲的發(fā)生。

　　除了可改善輕載時的效率外，磁滯型脈沖頻率調變控制方式也具有其它優(yōu)點，例如，由于使用高壓測電流限制技術，在限流電阻上所損失的功耗很小，因此可使用較小體積的限流電阻，這對節(jié)省電路板空間及組件費用是有幫助的。

　　圖3：MBI6650應用電路。

　　圖4：磁滯型脈沖頻率調變控制方式的波型示意圖。

　　保護功能

　　為確保LED照明系統(tǒng)及驅動器的安全及可靠性，MBI6650同時提供數(shù)種保護功能。例如：欠電壓保護(UVLO)避免讓IC因輸入電壓不足時出現(xiàn)誤動作，它所提供的磁滯電壓可避免開機時的噪聲干擾。開路及短路保護可保護驅動器因受故障狀況影響而損傷。同時MBI6650也提供過溫度保護，當IC芯片到達140°C時，IC即會自動關閉輸出電流以避免過熱對IC產(chǎn)生損傷，而當溫度降至95°C時，IC才又會再次工作。

　　本文小結

　　在設計一款安全且有效的LED照明系統(tǒng)時，聚積科技推出的MBI6650具有相當大的優(yōu)勢，例如：以磁滯型脈沖頻率調變技術提升輕載時的效率，恒流控制可提升LED的使用壽命，以及提供數(shù)種保護功能以確保照明系統(tǒng)的安全及可靠性。與傳統(tǒng)型LED驅動器相比，MBI6650的精確輸出電流和高轉換效率更適合于LED照明系統(tǒng)的應用。