省电、高亮度LED需要高性能LED驱动器

作者：凌力尔特公司电源产品部高级产品市场工程师 Jeff Gruetter

背景

在很多家庭、机构、政府和工业应用中，高亮度 (HB) 白光 LED 正在快速取代白炽灯照明。在很多情况下，较高效率的 LED 可将功耗降低多达 88%，从而大幅降低了为给 LED 供电而发电所需的炭排放量。根据一些计算，如果从传统白炽灯和荧光灯转变到 LED 照明，那么目前全世界需要的总能源量可能节省多达 10%。可以发现，LCD 高清电视机 (HDTV) 应用是增长最快的 LED 市场之一。对于高清电视机应用中的大型 LCD-TFT 平板背光照明来说，大型白光 LED 阵列正在取代 CCFL 照明。LED 有更高的效率、长寿命以及能够提供局部调光功能，已经使 LCD 高清电视机能够获得超过 7,000,000:1 的对比度，这相比基于 CCFL 的设计高了几个数量级。此外，LED 外形扁平，使高清电视机能够制造成厚度仅为 1.5 英寸，同时大幅降低高清电视机所需的电力。

因此，毫不奇怪，随着 LED 照明在这么多应用中激增，LED 市场的增长率也在持续加速，即使在当下这种经济艰难时期也一样。尽管预测数据各不相同，但是趋势是明显的：高亮度 LED 市场正在以高得惊人的速度增长。根据法国 Yole Development 公司的市场调查，到 2012 年，所有类型 LED 的市场规模将达到 103 亿美元。其中，高亮度和超高亮度 LED (ILED ≥ 100mA) 合起来将占大约 44.5 亿美元，这几乎是 2007 年 7.83 亿美元市场规模 (基于封装 LED 计算) 的 5.5 倍。迄今为止，这种增长大多数由较小电流的 LED 主导，主要在 100mA 至 500mA 范围。不过，较大电流的 LED 应用正在变得更加普遍，这类应用需要 2A 至 20A 电流驱动单个 LED。首批大电流 LED 出现在汽车前灯中，不过现在，从大功率建筑照明到高性能 DLP (Digital Light Projection) 投影仪，这类 LED 可以在各种应用中见到。在可预见的未来，这些应用性能的提高将继续促进大电流 LED的高速增长。随着人们加速努力降低因生产能源而导致的炭排放总量，LED 可使全球照明的使用能源减少 10%，而这潜力为向 LED 照明的转变增加了动力。

正在兴起的大功率 LED 应用

大电流 LED 的推出使利用这些 LED 的大功率照明应用得以实现，从而取代了效率相对低的白炽灯。在建筑照明和 DLP 投影仪等应用中，传统上需要 500W 至 1,000W 的卤素灯，而 20A LED 可以提供同样的光输出 (以流明为单位)，但是仅需要相当于卤素灯 20% 的电力。在建筑应用中，LED 驱动器的效率必须非常高，而且能提供宽的调光比，以在多种环境条件下保持恒定的光输出。在高端 DLP 投影应用中，红、绿和蓝 (RGB) 光 LED 阵列取代了传统的卤素灯、色轮和镜阵 (MEM)。不过，为了准确地混合颜色，LED 驱动器必须能够在两个不同的稳定峰值电流状态之间快速切换，而且能够覆盖 PWM 调光范围而不会有中断。设计能够满足这些苛刻的速度和准确度要求的大电流 LED 驱动器 IC，同时优化总体效率，给 IC 设计师带来了很多新的挑战。

用于 DLP 投影仪的 LED 照明

高端 DLP 投影仪历史上一直使用大功率白炽灯以及色轮和镜阵，以投射相对高分辨率的图像。随着很多这类投影仪需要 500W 甚至 5kW 的灯，整个系统的热量管理成为主要的设计障碍。甚至在有大量热量管理系统 (这些系统需要恒定气流冷却) 的情况下，灯的寿命也相对较短，而且更换非常昂贵。新的设计用一个大电流 RGB LED 阵列取代大功率灯、色轮和镜阵，这极大地减少了浪费的热量，同时改善了颜色混合的准确度、极大地提高了对比度和总体分辨率。不过，为了达到想要的性能水平，这些 LED 需要独特的 LED 驱动器设计。首先，驱动器必须能够提供高达 20A 的连续 LED 电流和高达 40A 的脉冲电流。其次，驱动器必须提供超过 90% 的效率，以最大限度地减少对热量问题的考虑。最后，为了实现颜色混合所需的宽动态范围，驱动器必须能够在 3 个良好稳定的电流状态之间快速和准确地切换，而且没有任何中断。

LT3743

LT3743 是一种同步降压型 DC/DC 转换器，为提供恒定电流以驱动大电流 LED 而设计。该器件的 5.5V 至 36V输入电压范围使其非常适用于多种应用，包括工业、DLP 投影和建筑照明。LT3743 从一个标称 12V 的输入提供高达 20A 的连续 LED 电流，从而提供超过 80W 的功率。在脉冲 LED 应用中，该器件可以提供高达 40A 的 LED 电流或从一个 12V 输入提供 160W 功率。高达 95% 的效率使得无需外部散热措施，并极大地简化了热量设计。一个频率调节引脚使用户能够在 100kHz 至