如何对LED驱动电流进行严格控制

到高精度的输出。LED制造商已经清楚的表明，光通量与前向电流成正比。利用相同的电流驱动所有LED，那么每个LED会产生相同的光通量。因此，电力电子工程师就会得出结论：高精确度的电流是必须的。这样一来，他们就忘记了光输出的流明和勒克斯值(而不是安培值)才是重点。测量电流是很容易的，而相对的，测量光则需要昂贵的大型设备，如图2所示的积分球，而大部分电子工程师对积分球都不太了解。

图2：光学积分球截面图

另外，即使容差为±0.1%的电流源(其价格会相当高)有巨大的市场价值，它对在实际光输出中产生严格的容差值上没有什么作用。透过观察LED光通量的分级可以确定这一点。表1给出了世界三大顶级电力光电半导体制造商的高阶冷白光LED在350mA和25℃下的光通量分级结果。注意最后一列是各分级的容差平均值，而不是所有光通量分级范围内的容差。

表1：全球前二大光电半导体制造商的高阶冷白光LED在350mA和25℃下的光通量分级结果

计算光输出精度

了解到来自单个通量分级的LED光输出会有±3%到±10%的容差之后，系统工程师可能会因此得出结论：驱动电流容差值必须是越严格越好。然而从统计学角度来看，该观点并不正确。一个常见的但不正确的假设是：任何值的整体容差都等于最坏条件下各值的简单加总仅。为LED供电的电流源的容差和LED光通量的容差是互不相关的──它们在最初阶段就已相互独立。对于不相关的两个因数X和Y，整体容差Z并不是X和Y的容差之和，而是应该利用下述运算式进行计算：

表2和图3给出了整体容差和一列假设电流源容差的对比情况，此时假设LED光输出在350mA的区域内随前向电流呈线性变化。

图3：光输出整体容差与电流源容差的对比

表2：整体容差和一列假设电流源容差的对比

根据方程1可以发现，最低容差因数的作用大于其他，而且实际的整体容差值要远优于各个因数在最坏情况下的容差的和，尤其是当其中一个因数远好于其他因数时。观察图3，电流源容差的最合理的目标是将其控制在LED光输出的容差范围内。记住一点：出于成本考虑，许多灯具会使用来自不同分级的LED。

　　高品质LED灯要求更多的回馈

LED制造商和他们的分销伙伴正努力地改进产品的光通量容差，在合理的成本范围内提供更细的分级。对于希望产品可使用5年或50，000个小时，并在使用期内保持整体光输出不变的设计师而言，即使想满足最密集的通量分级和设定0.1%的容差电流源也很难实现。因为热量和随着时间延长而产生的性能衰减等两个重要因素会降低LED的光通量，即使电流源容差和LED光通量容差都达到0.001%也无法解决该问题。考虑到这些损耗，高品质固态照明产品设计师必须找到具有额外反馈回路的电源，也即找到热量和光源。为此需要进行调光控制，可以对输出电流进行线性控制和PWM(脉宽调变)控制的积体电路便成为最佳选择。

美国国家半导体的LM3409和LM3424都是LED驱动器控制IC，它们是适用于半导体照明的第二代电流源。二款产品均可透过可变电阻器或电压源来控制平均的LED电流值，并且可为PMW(脉宽调变讯号)调光讯号提供专门的输入讯号。除了线性控制回路外，LM3409和LM3424的类比调节功能也让系统设计师可以在权衡输出电流精度及尺寸、成本和电流检测电阻的功耗间做出自己的选择。

图4：LM3409/09HV降压LED驱动器

图4所示的LM3409/09HV控制降压电路，是功率LED驱动器中最常用的电路模式。图5中的LM3424可以作为升压稳压器LED驱动器，也可以作为降压/升压、SEPIC(单端主电感转换器)、反激式甚至是‘’悬浮‘’降压电路。

图5：LM3424升压LED驱动器需要光控制的应用领域

路灯是一个很好的光源示例，因为它有严格的法定标准限制。对于公路用路灯，欧盟国家规定了其最小和最大的光输出及照明模式。对于符合此规定并提供五年或更长使用寿命的LED路灯来说，设计时必须考虑到热量引起的即时光通量损失和更长时间下性能下降带来的通量损失。一种很自然的方法是使用光感测器，比如构成线性控制回路的光电二极体。在系统启用的第一天，应当就仅使用整体可用驱动电流的一部分，这样做是考虑到随着时间推移，驱动电流将慢慢增至一个上限，籍此保证光输出恒定。可以将光电二极体偏置，并转换为一路脉宽调变讯号，这将有助于在调光范围内维持更加恒定的相对色温，其线性控制回路更加简单，一般而言调光范围也比较小。根据不同的时间、运动感测器或其他节省功耗的措施，对光输出进行控制时，PWM控制将更加有用。图6给出了具有更长寿命、光输出恒定的LED灯的假定的原理图。

图6：PWM(脉