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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,威比例地降低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:
·宽输入电压范围:高达100V
·宽输出电压范围:高达100V
·高效率转换:高达95%
·严格调节的LED电流匹配:在整个温度范围内小于2%
·低噪声、恒定频率工作:高达2C5MHz
·独立的电流和调光控制:
·宽调光范围比:高达10,000:1:
·包括降压型、升压型、降压一升压型和SEPIC在内的多种转换拓扑;
·很多保护功能,例如为保护开路LED串、LED引脚至VOUT短路、以及准确的欠压闭锁门
·具最少外部部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HBLED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。
VIN6V TO 60V(80VTRANSI ENT):VIN6V～60V(80V瞬态值)
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,并由一个内部稳定的7.15V电源驱动。固定频率、电流模式架构在宽的电源和输出电压范围内实现稳定工作。一个以地为基准的电压反馈(FB)引脚用作几种LED保护功能的输入,而且还使该转换器能作为恒定电压源工作。频率调节引脚允许用户在100kHz～1MHz范围内设定频率,以优化效率、性能或外部部件尺寸。
LT3956在LED串的高端检测输出电流。就驱动LED而言,高端检测是最灵活的方法,允许升压、降压模式或降压一升压模式配置。PWM输入提供高达3000:1的LED调光比,且CTRL输入提供额外的模拟调光功能。
然而,还有其他一些最终市场应用,它们对大功率HB LED驱动器有自己独特的需求,在这类应用中,LED电流必须高于10A。这些应用包括DLP投影机、激光驱动器和建筑照明。不过,提供高于10A的电流可能引起大量设计问题,这些问题绝不仅限于最终产品本身的热量管理方面!凌力尔特公司为此开发了一种独特的LED驱动器,以专门应对这类应用中的设计需求。
LT3743是一款同步降压型DC/DC转换器,用来提供恒定电流,以驱动大电流LED。它可以提供高达20A的连续LED电流,或高达40A的脉冲LED电流。LT3743独特的设计实现了3态电流控制,这使该器件非常适用于DLP投影机中所需的色彩混合应用。它还提供非常快的(<2us)电流转换时间以优化色彩混合分辨率,且在激光驱动器应用中允许非常快的电流脉冲。
LT3743的5.5V～36V输入电压范围使它非常适用干种类繁多的应用,包括工业、DLP投影和建筑照明。LT3743从标称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。在脉冲型LED应用中,它可以从12V输入提供高达40A的LED电流或160W的峰值功率。高达95%的效率无需任何外部散热器,并极大地简化了热设计。频率调节引脚使用户能在100kHz～1MHz的范围内设定频率,因此,设计师可以优化效率,同时最大限度地减小外部部件尺寸。结合4ram×5mm QFN或耐热增强型TSSOP-28封装,LT3743可提供非常紧凑的大功率LED驱动器解决方案。图2是该器件的典型应用原理图。
OUTPUT:输出20A MAXIMUM:20A最大值
THREE IN PARALLEL:3个并联
LT3743提供PwM和CTRL SELECT调光,从而在3种LED电流值上实现3000:1的调光能力,非常适用于诸如DLP投影机中所需要的那类色彩混合应用。类似地,LT3743独特的拓扑使它能在不到2us的时间内在两个稳定的LED电流之间转换,从而在RGB应用中实现更准确的色彩混合。该器件保持±6%的LED电流准确度,以确保最准确的LED光输出量。其他特点包括输出电压调节、开路LED保护、过流保护和过热降额电路。
结论
尽管HB LED驱动器所必需的性能特点能罗列出很多,但是由LED驱动器驱动的LED必须能从可能最低的功率提供光输出的必要流明,并且不致引起明显的热设计限制。就大功率HBLED产品的设计师而言,幸运的是,既有高效率LED、又有驱动这些LED的高性能LED驱动器可用。
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,威比例地降低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:
·宽输入电压范围:高达100V
·宽输出电压范围:高达100V
·高效率转换:高达95%
·严格调节的LED电流匹配:在整个温度范围内小于2%
·低噪声、恒定频率工作:高达2C5MHz
·独立的电流和调光控制:
·宽调光范围比:高达10,000:1:
·包括降压型、升压型、降压一升压型和SEPIC在内的多种转换拓扑;
·很多保护功能,例如为保护开路LED串、LED引脚至VOUT短路、以及准确的欠压闭锁门
·具最少外部部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HBLED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。
VIN6V TO 60V(80VTRANSI ENT):VIN6V～60V(80V瞬态值)
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,并由一个内部稳定的7.15V电源驱动。固定频率、电流模式架构在宽的电源和输出电压范围内实现稳定工作。一个以地为基准的电压反馈(FB)引脚用作几种LED保护功能的输入,而且还使该转换器能作为恒定电压源工作。频率调节引脚允许用户在100kHz～1MHz范围内设定频率,以优化效率、性能或外部部件尺寸。
LT3956在LED串的高端检测输出电流。就驱动LED而言,高端检测是最灵活的方法,允许升压、降压模式或降压一升压模式配置。PWM输入提供高达3000:1的LED调光比,且CTRL输入提供额外的模拟调光功能。
然而,还有其他一些最终市场应用,它们对大功率HB LED驱动器有自己独特的需求,在这类应用中,LED电流必须高于10A。这些应用包括DLP投影机、激光驱动器和建筑照明。不过,提供高于10A的电流可能引起大量设计问题,这些问题绝不仅限于最终产品本身的热量管理方面!凌力尔特公司为此开发了一种独特的LED驱动器,以专门应对这类应用中的设计需求。
LT3743是一款同步降压型DC/DC转换器,用来提供恒定电流,以驱动大电流LED。它可以提供高达20A的连续LED电流,或高达40A的脉冲LED电流。LT3743独特的设计实现了3态电流控制,这使该器件非常适用于DLP投影机中所需的色彩混合应用。它还提供非常快的(<2us)电流转换时间以优化色彩混合分辨率,且在激光驱动器应用中允许非常快的电流脉冲。
LT3743的5.5V～36V输入电压范围使它非常适用干种类繁多的应用,包括工业、DLP投影和建筑照明。LT3743从标称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。在脉冲型LED应用中,它可以从12V输入提供高达40A的LED电流或160W的峰值功率。高达95%的效率无需任何外部散热器,并极大地简化了热设计。频率调节引脚使用户能在100kHz～1MHz的范围内设定频率,因此,设计师可以优化效率,同时最大限度地减小外部部件尺寸。结合4ram×5mm QFN或耐热增强型TSSOP-28封装,LT3743可提供非常紧凑的大功率LED驱动器解决方案。图2是该器件的典型应用原理图。
OUTPUT:输出20A MAXIMUM:20A最大值
THREE IN PARALLEL:3个并联
LT3743提供PwM和CTRL SELECT调光,从而在3种LED电流值上实现3000:1的调光能力,非常适用于诸如DLP投影机中所需要的那类色彩混合应用。类似地,LT3743独特的拓扑使它能在不到2us的时间内在两个稳定的LED电流之间转换,从而在RGB应用中实现更准确的色彩混合。该器件保持±6%的LED电流准确度,以确保最准确的LED光输出量。其他特点包括输出电压调节、开路LED保护、过流保护和过热降额电路。
结论
尽管HB LED驱动器所必需的性能特点能罗列出很多,但是由LED驱动器驱动的LED必须能从可能最低的功率提供光输出的必要流明,并且不致引起明显的热设计限制。就大功率HBLED产品的设计师而言,幸运的是,既有高效率LED、又有驱动这些LED的高性能LED驱动器可用。