高功率HB LED產(chǎn)品設(shè)計的解決方案

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】高功率HBLED產(chǎn)品設(shè)計的解決方案以全容量驅(qū)動一串高亮度LED需要精心設(shè)計，同時實(shí)現(xiàn)寬調(diào)光比，同時保持色譜。幸運(yùn)的是，有一些集成的驅(qū)動器套件可以應(yīng)對挑戰(zhàn)。

背景

大功率LED的光輸出已到達(dá)100流明/瓦的關(guān)鍵里程碑，一些制造商聲稱擁有120流明/瓦的亮度實(shí)驗(yàn)室。這意味著LED在能效方面現(xiàn)已超過CFL（80流明/瓦）。然而，進(jìn)一步預(yù)計到20**年，LED將到達(dá)150流明/瓦的輸出。此外，由于目前所有的重點(diǎn)都是“綠色”，LED不含任何有害物質(zhì)，如CFL，管內(nèi)有毒汞蒸氣。

LED照明的成本很快下降。單個白光二極管的成本，其中幾個進(jìn)入LED燈泡并彌補(bǔ)了大部分成本，價格從幾年前的約5美元降至過去12個月不到1美元。許多LED行業(yè)分析師預(yù)測，在未來12個月內(nèi)，白熾燈泡的LED燈泡更換價格將到達(dá)消費(fèi)者可承受的水平。一些LED制造商已經(jīng)聲稱他們已經(jīng)設(shè)計了可以為LED燈泡供電的發(fā)光芯片，其產(chǎn)生的光與美國家庭中常用的75瓦白熾燈泡相當(dāng)。這種類型的LED芯片通常需要大約12W的功率才能輸出這么多的光。

LED驅(qū)動器IC今天必須具備的一個關(guān)鍵性能是能夠充分調(diào)暗LED。由于LED以恒定電流驅(qū)動，其中DC電流水平與LED亮度成比例，為了改變LED亮度，有兩種通過控制LED電流來調(diào)暗光的方法。種方法是模擬調(diào)光，其中LEDDC電流水平通過降低恒定的LED電流水平成比例地降低。降低LED電流可導(dǎo)致LED顏色的變化或LED電流的不準(zhǔn)確控制。第二種方法是數(shù)字或脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)光。PWM調(diào)光以100Hz或100Hz以上的頻率打開和關(guān)閉LED，這是人眼無法察覺的。PWM調(diào)光占空比與LED亮度成正比，而導(dǎo)通時間LED電流保持在相同水平（由LED驅(qū)動器IC設(shè)置），在高調(diào)光比期間保持恒定的LED顏色。在某些應(yīng)用中，這種PWM調(diào)光方法可以使用高達(dá)10，000：1的比率。

具體而言，在驅(qū)動高亮度（HB）LED的情況下，LED驅(qū)動器IC必須能夠提供足夠的電流和電壓。許多不同類型的LED配置-在轉(zhuǎn)換拓?fù)渲袧M足輸入電壓范圍和所需的輸出電壓和電流要求。因此，HBLED驅(qū)動器IC理想情況下應(yīng)具有以下特性：

寬輸入電壓范圍-高達(dá)100V

寬輸出電壓范圍-高達(dá)100V

高效率轉(zhuǎn)換-高達(dá)95％

嚴(yán)風(fēng)格節(jié)LED電流匹配-溫度低于2％

低噪聲，恒定頻率工作-高達(dá)2.5MHz

獨(dú)立電流和調(diào)光控制

寬調(diào)光范圍比-高達(dá)10，000：1

多種轉(zhuǎn)換拓?fù)?，包括降壓，升壓，降?升壓和SEPIC

許多保護(hù)功能，例如保護(hù)開路LED燈串，LED引腳至VOUT短路以及的欠壓鎖定閾值

小型緊湊型解決方案封裝，外部元件極少

HBLED例如

毫無疑問，大多數(shù)汽車前燈仍然使用白熾燈泡。然而，這種主導(dǎo)地位受到高強(qiáng)度放電（HID）燈和HBLED前燈的壓力。HID燈包括用于普通照明的所有高強(qiáng)度放電燈，例如高壓汞蒸汽，高壓鈉，低壓鈉和金屬鹵化物。一般照明源足夠明亮，以便在房間，建筑物或外部空間中實(shí)現(xiàn)工作或生活環(huán)境。這包括住宅照明，商業(yè)和工業(yè)照明，街道照明和汽車前燈。HID氙氣燈在20世紀(jì)90年代末首次被用作汽車前燈。然而，它們的生產(chǎn)和制造非常昂貴，因此它們的使用僅限于高端車輛。展望未來，由于近推出HBLED，這種HID氙燈的使用將迅速下降。因此，HBLED大燈將在未來十年內(nèi)具有的增長率。

圖1：94％效率25W白光LED前照燈驅(qū)動器

可以使用25W白光LED大燈配置串聯(lián)的18個LED陣列，用370mA驅(qū)動它們以產(chǎn)生必要的光輸出。然而，一個主要障礙是如何有效且簡單地驅(qū)動這種配置。一種可能的解決方案是使用近推出的凌力爾特公司的LT3956單片LED驅(qū)動器。LT3956是一款DC-DC轉(zhuǎn)換器，設(shè)計用作恒流和恒壓穩(wěn)壓器。它非常適合驅(qū)動高電流，高亮度LED（圖1）。

LT3956具有內(nèi)部低端N溝道功率MOSFET，額定電壓為3.3V時為84V，采用內(nèi)部穩(wěn)壓7.15V電源供電。固定頻率，電流模式架構(gòu)可在各種電源和輸出電壓下穩(wěn)定工作?；诘氐膮⒖茧妷悍磻?yīng)（FB）引腳可用作多個LED保護(hù)功能的輸入，也可使轉(zhuǎn)換器作為恒壓源工作。

LT3956可檢測高壓側(cè)的輸出電流。LED燈串。高端檢測是驅(qū)動LED的靈活方案，允許升壓，降壓模式或降壓-升壓模式配置。PWM輸入提供高達(dá)3，000：1的LED調(diào)光比，而CTRL輸入提供額外的模擬調(diào)光功能。

圖2：LT3743典型應(yīng)用原理圖提供20A的LED電流。

盡管如此，還有其他終端市場應(yīng)用對高功率HBLED驅(qū)動器有其獨(dú)特需求，其中LED電流大于10A是必要的。這些包括DLP投影儀，激光驅(qū)動器和建筑照明。但是，輸送大于10A的電流會帶來許多設(shè)計問題，尤其是終產(chǎn)品本身的熱管理方面。為此，凌力爾特公司開發(fā)了一種獨(dú)特的LED驅(qū)動器，專門針對這些類型應(yīng)用中的設(shè)計考慮因素。

LT3743是一款同步降壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，旨在提供恒定電流來驅(qū)動高電流LED。它可以提供高達(dá)20A的連續(xù)LED電流或高達(dá)40A的脈沖LED電流。LT3743獨(dú)特的設(shè)計實(shí)現(xiàn)了三態(tài)電流控制，使其成為DLP投影機(jī)所需色彩混合應(yīng)用的理想選擇。它還提供非常快（《2μs）的轉(zhuǎn)換時間電流水平。這樣可以優(yōu)化混色分辨率，并在激光驅(qū)動器應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)非常快速的電流脈沖LT3743的5.5V至36V輸入電壓范圍使其成為各種應(yīng)用的理想選擇，包括工業(yè)，DLP投影和建筑照明。LT3743從標(biāo)稱12V輸入提供高達(dá)20A的連續(xù)LED電流，功率超過80瓦。在脈沖LED應(yīng)用中，它可以通過12V輸入提供高達(dá)40A的LED電流或160W的峰值功率。高達(dá)95％的效率消除了對外部散熱的任何需求，并顯著簡化了散熱設(shè)計。頻率調(diào)節(jié)引腳使用戶能夠在100kHz和1MHz之間編程頻率，因此設(shè)計人員可以優(yōu)化效率，同時限度地減小外部元件尺寸。LT3743結(jié)合4mmx5mmQFN或耐熱增強(qiáng)型TSSOP-28封裝，提供非常緊湊的高功率LED驅(qū)動器解決方案。其典型應(yīng)用原理圖見圖2.

LT3743提供PWM和CTRL_SELECT調(diào)光，在三個LED電流水平下實(shí)現(xiàn)3，000：1調(diào)光能力。這使其成為DLP投影儀所需色彩混合應(yīng)用的理想選擇。同樣，LT3743獨(dú)特的拓?fù)錁?gòu)造使其能夠在不到2微秒的時間內(nèi)在兩個穩(wěn)定的LED電流水平之間轉(zhuǎn)換，從而在RGB應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的色彩混合。保持LED電流精度為±6％，以確保LED的光輸出的準(zhǔn)確亮度。其他功能包括輸出電壓調(diào)節(jié)，開路LED保護(hù)，