線性LED驅動器IC為何必然替代偏壓電阻器

利用簡單的電阻器限制led串中的電流看似最為經濟和簡便，那么為何還要費盡心思地使用線性驅動器IC？
實際上，線性驅動器所帶來的益處很多，具體包括：
● 避免使用復雜、昂貴的器件（補償不斷變化的正向電壓需要不同型號的電阻器）。通過脈寬調制（PWM）方式調節亮度。
● 由于可采用不穩定的系統電源，降低了系統成本。
● 減少了所需的板卡空間。
● 使用更多的LED，提高了系統效率。
● 理想的LED偏置和保護功能，最大限度延長使用壽命。
在許多應用中，例如標志牌、彩虹管、廣告牌、建筑照明燈、汽車照明燈、飛機照明燈等，線性驅動器都可滿足相關應用的需求。

除上述優勢外，對于采用電池供電且需要對電源電壓進行升壓的移動設備，線性驅動器也有其局限性。 下文將介紹該線性LED驅動器的優勢，并為LED驅動器的部署提供建議。

恒流優勢
由于具備二極管特性，LED需要恒定電流源，而不是恒定電壓源。利用串聯電阻器使LED電流保持恒定需要很大的電阻器壓降，因此會降低系統效率。另一方面，如果系統電壓或LED正向電壓發生變化，串聯電阻器的小電壓降會導致所需的LED電流出現較大偏差。

維持恒定的LED電流，可防止因系統電壓或LED正向電壓變化產生的過流所導致的過熱使LED受損。根據不同的LED正向電壓調整串聯電阻器，這種方法已經過時。LED驅動器有助于提高整個系統的亮度精確度，同時最大程度減少發光質量的降低。

圖1 串聯電阻器LED驅動vs恒流LED驅動器TLE4242

圖1顯示采用三個標稱正向電流為350mA的LED的汽車應用。選擇串聯電阻器困難很大：在低電池電壓條件下，正向電流較低，LED亮度不足。如果出現瞬變（負載突降、雙電池），LED很可能受損。在低電池電壓條件下，恒流源可防止LED受損，提供更強的亮度。

極低壓降提高系統效率
LED串中的最大LED數量主要取決于電阻器或LED驅動器的壓降。如果采用電阻器，要想獲得最恒定的電流需要較大的壓降。然而，這就意味著要產生熱量而不是光。線性LED驅動器可以較低的壓降，提供恒定電流，這樣就可以在LED串中使用更多的LED，提高整個系統的效率。TLE42xx系列的典型壓降為0.5V，最大壓降為0.7V，BCR4xx系列的典型壓降為1.2V，最大壓降為 1.5V。

無須無源濾波組件
與通過升至高壓為長LED鏈路供電的開關模式轉換器不同，并聯LED串獨具優勢：由于線性驅動器不發光，因此無須采用無源濾波組件。

用作高側開關
TLE4241和TLE4242 LED驅動器在關斷模式下，靜態電流不足1μA，這使得它們適合用作高側開關。

通過PWM調節亮度
采取兩種途徑調節LED的亮度：調節LED的正向電流水平或對預定義正向電流進行PWM調節。鑒于以下兩點原因，建議不要采用調節正向電流的方法。首先，LED在亮度范圍內，并沒有在最佳效率點工作。其次，正向電流不同于標稱LED電流可能會導致輸出的燈光顏色改變。PWM亮度調節通過低頻PWM信號調節LED輸入，可解決上述兩個問題。LED在單電流驅動電平條件下導通，其亮度可通過改變LED導通的平均時間進行調節。根據負載周期，該頻率不應低于200Hz；通常情況下，500Hz～1kHz足以使用。PWM控制裝置集成至TLE4241、TLE4242或 BCR450等單芯片解決方案。BCR40x LED驅動器系列允許通過外部數字晶體管完成PWM亮度調節。

LED診斷
為了識別故障LED，TLE42xx系列可在狀態輸出條件下，指示開路負載情況。它還可直接與采用至VCC的上拉電阻器的微處理器連接。圖2和圖3為采用英飛凌LED驅動器的不同應用。

保護與安全
LED通常具備正溫度系數，即LED正向電壓隨著LED溫度的升高而降低，導致LED隨著溫度上升而消耗更大的電流。這將潛在地導致熱量失控和LED損毀。因此，需要對二極管電流進行控制，使其保持恒定。

圖2 與外部功率級一并使用的低成本BCR450線性LED驅動器

TLE4xxx與BCR4xx線性恒流LED驅動器適用于惡劣的環境，例如交通照明、建筑物照明、鐵路、交通或汽車應用。該產品允許瞬變電壓高達45V（由型號決定），可在高達150℃的結溫下工作，可承受很高的發熱溫度。如果系統出現故障，過流與過溫保護功能可保護IC及其應用。 TLE4xxx系列能夠承受反向連接電源電壓。

散熱與傳熱
在系統電壓不斷變化的條件下，為了最大限度減少熱量，獲得恒定亮度，LED正向電壓最大值應接近（但等于或低于）供電電壓減去LED驅動器壓降。當LED正向電壓為最小值，輸入電壓為最大值時，LED驅動器的損耗最大。

圖3 TLE4241 LED驅動器具備PWM控制和開路負載檢測功能

有幾種散熱和防止PCB出現溫度梯度的方式：
● 并聯使用幾個小型且經濟實惠的封裝，但需使其在PCB上各自分離。
● 使驅動器電路與功率晶體管分離。該原理也可使功率晶體管適應實際所需的二極管電流。
● 采用高性能TAB封裝（如小型SCT595或大型TO263封裝），實現與PCB良好的熱接觸，將熱阻降至最低。

總結
利用線性恒流LED驅動器驅動LED是最經濟有效的方法。它的靈活性以及技術優勢可提高效率，優化系統成本，促進LED應用的普及。