大功率LED 驱动器找到了专门市场

凌力尔特公司电源产品部产品市场总监 Tony Armstrong

背景

大功率 LED 的光输出已经达到了 100 流明/W 这一关键和具有里程碑意义的数值，而且有些制造商声称，在实验室中已经达到了 120 流明/W。这意味着，就能量效率而言，LED 现在已经超过了 CFL (80 流明/W)。不过，据进一步预测，到 2012 年，LED 将达到 150 流明/W 的光输出。此外，当前所有关注点都集中在"绿色"上，而 LED 不含有任何有害材料，与灯管中含有有毒水银蒸气的 CFL 不同，这是 LED 的又一大优势。

LED 照明的成本一直在非常快速地下降。单个白光二极管 (几个这样的二极管组成一个 LED 灯，而且占 LED 灯成本的大部分) 的价格几年前是 5 美元左右，在过去一年中已经下降到不足 1 美元。很多 LED 行业的分析师预测，在未来一年内，LED 灯取代白炽灯所需费用将达到消费者可接受的水平。有些 LED 制造商声称，已经设计出了能为 LED 灯供电的发光芯片，且能使 LED 灯产生可与美国家庭中常见的 75W 白炽灯相媲美的光输出。为了能达到这样的光输出量，这种 LED 芯片通常需要大约 12W 功率。

LED 驱动器 IC 今天必须具有的一个关键性能特色是能对 LED 充分调光。既然 LED 由恒定电流驱动，而且 DC 电流值与 LED 亮度成正比，那么要通过控制 LED 电流改变 LED 亮度，就有两种调光方法。第一种方法是模拟调光，在这种方法中，通过降低恒定 LED 电流值，成比例地降低 LED DC 电流值。降低 LED 电流值可能引起 LED 色彩改变，或导致对 LED 电流的控制不准确。第二种方法是数字或脉冲宽度调制 (PWM) 调光。PWM 调光以等于或高于 100Hz 的频率在 LED 通断之间切换，以这样的频率变化，人眼察觉不到。PWM 调光的占空比与 LED 亮度成正比，而接通时 LED 电流保持同样的值 (如 LED 驱动器 IC 设定的那样)，从而在高调光比时保持了恒定 LED 色彩。在某些应用中，这种 PWM 调光方法可实现高达 10,000:1 的调光比。

尤其是在驱动高亮度 (HB) LED 的情况下，LED 驱动器 IC 必须能在一种既满足输入电压范围要求、又满足所需输出电压和电流要求的转换拓扑中，为很多不同类型的LED 配置提供充足的电流和电压。因此，理想情况下，HB LED 驱动器 IC 应该具有以下特点：

Ø   宽输入电压范围：高达 100V

Ø   宽输出电压范围：高达 100V

Ø   高效率转换：高达 95%

Ø   严格调节的 LED 电流匹配：在整个温度范围内小于 2%

Ø   低噪声、恒定频率工作：高达 2.5MHz

Ø   独立的电流和调光控制；

Ø   宽调光范围比：高达 10,000:1；

Ø   包括降压型、升压型、降压-升压型和 SEPIC 在内的多种转换拓扑；

Ø   很多保护功能，例如为保护开路 LED 串、LED 引脚至 V_OUT 短路、以及准确的欠压闭锁门

Ø   具最少外部组件数的小型紧凑解决方案占板面积

HB LED 举例

毫无疑问，大部分汽车前灯仍然是白炽灯。不过未来，这种以白炽灯为主导的态势将面临来自高强度放电 (HID) 灯和 HB LED 前灯的压力。HID 灯包括所有用在普通照明应用中的高强度放电灯，如高压水银蒸气灯、高压钠灯、低压钠灯和金属卤化物灯。普通照明源足够亮，可在室内、建筑物或外部空间中为工作或生活环境提供照明。这包括住宅照明、商业和工业照明、路灯和汽车前灯。HID 氙灯在 90 年代后期首次用作汽车前灯。不过，这种灯的生产和制造非常昂贵，因此它们的使用仅限于高端汽车。展望未来，由于最近推出的 HB LED，此类 HID 氙灯的使用将迅速减少。因此，HB LED 前灯在未来 10 年将有最高的增长率。

可以用 18 个 LED 串联组成的阵列构成一个 25W 白光 LED 前灯，流经这些 LED 的 350mA 电流产生必要的光输出。不过，一个主要的障碍是，如何高效率和简单地驱动这种配置。一种可能的解决方案是，运用凌力尔特公司最近推出的 LT3956 单片 LED 驱动器。LT3956 是一款 DC/DC 转换器，用来作为恒定电流和恒定电压稳压器工作。它非常适用于驱动大电流、高亮度 LED，参见图 1。

图 1：效率为 94% 的 25W 白光 LED 前灯驱动器

V_IN, 6V TO 60V (80V TRANSIENT)：V_IN，6V 至 60V (80V 瞬态值)

25W LED STRING：25W LED 串

LT3956 具有一个在 3.3A 时额定值为 84V 的内部低端 N 沟道功率 MOSFET，并由一个内部稳定