LED驱动器探讨
时间：07-07
来源：Michael Day，TI公司便携式电源部电源管理应用总监
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简便易用
简便易用是相对而言的。在评估电路的简便易用性时，不但必须考虑初始设计的复杂性，而且还必须要考虑在未来进行快速修改并把电路用于其他有不同输入或输出要求的程序时需要做的工作。总之，滞后控制器非常简便易用。滞后控制器可消除传统电源设计中必需的复杂频率补偿功能。虽然频率补偿对于有经验的电源设计人员来说是小菜一碟，但是对于新手来说就不那么轻松了。由于最佳的补偿随输入和输出条件的不同而不同，传统的电源设计不能实现针对不同操作条件的快速修改。而滞后控制器具有内在的稳定性从而在输出/输出条件改变时无需改变。
小尺寸
小尺寸是便携式电路的一个重要特性。电路元件的尺寸受多种因素的影响。其中一个因素是切换频率。高切换频率允许采用小型无源元件。用于便携应用的现代LED驱动器应能够以高达1MHz频率切换。由于切换频率并不能明显缩小电路尺寸，而且较高的切换损耗会降低效率和缩短电池寿命，所以建议切换频率一般不超过1MHz。把各种功能集成到控制IC是实现小型驱动解决方案的一个最重要的因素。如果上述所有功能都通过分离的元件实现的话，它们所需要的电路板空间将超出电源自身占用的空间。把它们集成到控制IC可大大缩小整体驱动器尺寸。功能集成的第二个同样重要优势是可以降低解决方案总成本。如果分步执行的话，LED驱动器中所有预期功能会导致每额外个别成本增加0.60～0.70美元。而当集成到控制IC时，这些功能只会增加IC成本0.10～0.15美元。
实用解决方案
TPS61042是现代LED驱动器控制IC的绝佳例子。图5说明TPS61042的方框图。方框图显示一个高度集成的控制IC。Q1是一个低电阻集成电源FET。此部件的低电阻有助于实现极高的效率。0.25V参考电压可降低电流传感电阻器中的损耗。通过在高达50kHz频率情况下向CTRL引脚施加PWM信号，此IC可以轻松实现PWM调光。Q2实现集成的负载断开电路。由于已经集成，负载断开电路可以与PWM调光频率完美同步。过压保护功能也已经集成到IC中。大多经验丰富的电源设计人员都会看出省略了误差信号放大器和相关补偿电路。这种功能已经被误差比较仪所取代。该IC利用滞后控制反馈拓扑工作，因此不需要补偿并且具有内在稳定性。在方框图中未显示IC物理尺寸。全部电路和功能都集成到3mm′3mm的QFN封装中。图6说明了一个典型LED驱动应用，其驱动4个LED，正向电流为20mA，输入电压范围为1.8V～6.0V。整个电路是由控制IC、2个小陶瓷帽、1个电感器、一个二级管和1个电流传感电阻器组成。这种紧凑、高度集成的电路说明了利用当今的LED驱动器可以实现的高水平集成。利用控制IC和6个小表面贴装无源元件就可以实现主要电源功能和辅助功能，如：负载断开、过压保护、PWM调光等。
图5：TPS61042方框图说明了高水平集成
图6：典型TPS61042 LED驱动器解决方案
简便易用是相对而言的。在评估电路的简便易用性时，不但必须考虑初始设计的复杂性，而且还必须要考虑在未来进行快速修改并把电路用于其他有不同输入或输出要求的程序时需要做的工作。总之，滞后控制器非常简便易用。滞后控制器可消除传统电源设计中必需的复杂频率补偿功能。虽然频率补偿对于有经验的电源设计人员来说是小菜一碟，但是对于新手来说就不那么轻松了。由于最佳的补偿随输入和输出条件的不同而不同，传统的电源设计不能实现针对不同操作条件的快速修改。而滞后控制器具有内在的稳定性从而在输出/输出条件改变时无需改变。
小尺寸
小尺寸是便携式电路的一个重要特性。电路元件的尺寸受多种因素的影响。其中一个因素是切换频率。高切换频率允许采用小型无源元件。用于便携应用的现代LED驱动器应能够以高达1MHz频率切换。由于切换频率并不能明显缩小电路尺寸，而且较高的切换损耗会降低效率和缩短电池寿命，所以建议切换频率一般不超过1MHz。把各种功能集成到控制IC是实现小型驱动解决方案的一个最重要的因素。如果上述所有功能都通过分离的元件实现的话，它们所需要的电路板空间将超出电源自身占用的空间。把它们集成到控制IC可大大缩小整体驱动器尺寸。功能集成的第二个同样重要优势是可以降低解决方案总成本。如果分步执行的话，LED驱动器中所有预期功能会导致每额外个别成本增加0.60～0.70美元。而当集成到控制IC时，这些功能只会增加IC成本0.10～0.15美元。
实用解决方案
TPS61042是现代LED驱动器控制IC的绝佳例子。图5说明TPS61042的方框图。方框图显示一个高度集成的控制IC。Q1是一个低电阻集成电源FET。此部件的低电阻有助于实现极高的效率。0.25V参考电压可降低电流传感电阻器中的损耗。通过在高达50kHz频率情况下向CTRL引脚施加PWM信号，此IC可以轻松实现PWM调光。Q2实现集成的负载断开电路。由于已经集成，负载断开电路可以与PWM调光频率完美同步。过压保护功能也已经集成到IC中。大多经验丰富的电源设计人员都会看出省略了误差信号放大器和相关补偿电路。这种功能已经被误差比较仪所取代。该IC利用滞后控制反馈拓扑工作，因此不需要补偿并且具有内在稳定性。在方框图中未显示IC物理尺寸。全部电路和功能都集成到3mm′3mm的QFN封装中。图6说明了一个典型LED驱动应用，其驱动4个LED，正向电流为20mA，输入电压范围为1.8V～6.0V。整个电路是由控制IC、2个小陶瓷帽、1个电感器、一个二级管和1个电流传感电阻器组成。这种紧凑、高度集成的电路说明了利用当今的LED驱动器可以实现的高水平集成。利用控制IC和6个小表面贴装无源元件就可以实现主要电源功能和辅助功能，如：负载断开、过压保护、PWM调光等。
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