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作者：凌力爾特公司電源產品部產品市場總監Tony Armstrong LED是一種在正向偏置時會發出非相干窄譜光而產生一種電致發光現象的半導體器件。換句話說，固態磷光體在電場作用下，將電能直接轉換成了光。發光顏色取決于所用半導體材料的化學成分，可能接近于紫外線、可見光線或紅外線。 過去幾年，LED技術取得了很大進步。在散熱、封裝和工藝方面的改進獲得了更高的亮度、更高的效率、更長的壽命和更低的成本。與白熾燈不同，LED沒有會燒壞的燈絲，而且工作時往往溫度較低。此外，白熾燈有95%的能量是以熱量形式浪費掉的。 大功率或高亮度(HB)LED的光輸出已經超過了100lm/W(流明/瓦)這一具有里程碑意義的關鍵數值。實際上，有些制造商已經宣布在實驗室中實現了200lm/W。那么，就發光有效性而言，LED顯然已經超過了白熾燈(一個典型的60W白熾燈的光輸出為15lm/W)。或者換一種說法，發光有效性指的是光源的光輸出量(以流明為單位)與產生它所消耗的功率(以瓦為單位)之比。雖然如此，人們預計在未來一年內將會在市場上輕而易舉地得到具有150lm/W光輸出的LED。另一個好處是LED的壽命。視計算方法的不同而不同，白光LED燈至少具有5萬小時的壽命，有些甚至聲稱可以長達10萬小時，而白熾燈的壽命僅為1200小時至1500小時左右。 高亮度LED照明的成本也在迅速下降。幾年前，單個白光二極管(幾個這樣的二極管組成一個LED燈，占了LED燈成本的大部分)的價格約為4美元，現在已經下降到了不足1美元。LED業界的很多分析師預測，在未來一年中，取代白熾燈的LED燈價格將達到消費者可接受的程度。一些LED制造商宣布，已經設計出能讓LED燈產生的光輸出與大多數家庭都很常見的75W白熾燈相媲美的發光芯片。這類LED芯片通常僅需要約9W功率，就能使LED燈產生等同于75W白熾燈的光輸出量。 今天，LED驅動器IC必須具有的一個關鍵性能特點是能夠對LED燈進行充分調光。因為LED是恒定電流驅動的，而DC電流值與LED亮度成正比，所以改變LED的亮度就有兩種通過控制LED電流來調光的方法。第一種方法是模擬調光，采用這種方法時，通過降低恒定的LED電流值，就可以成正比地降低LED的DC電流。降低LED電流可能引起LED色彩變化，或導致對LED電流的控制不準確。第二種方法是數字或脈沖寬度調制(PWM)調光。PWM調光以等于或高于100Hz的頻率(人眼察覺不到)導通和關斷LED。PWM調光的占空比與LED的亮度成正比，而導通時的LED電流保持相同值(如LED驅動器IC所設定的那樣)，從而在高調光比時保持LED色彩不變。在某些應用中，這種PWM調光方法可以在調光比高達30,000:1的情況下使用。 尤其是在驅動高亮度LED的情況下，LED驅動器IC必須能以一種既滿足輸入電壓范圍又滿足所需輸出電壓和電流要求的轉換拓撲，為很多不同類型的LED配置提供足夠的電流和電壓。因此，高亮度LED驅動器IC在理想情況下應該具有以下特點：寬輸入電壓范圍，高達100V；寬輸出電壓范圍，高達100V；高效率轉換，高達98%；對LED電流匹配進行嚴格調節，在溫度范圍內的變化小于2%；低噪聲、恒定頻率工作，高達2.5MHz；獨立電流和調光控制；寬調光比，高達30,000:1；多種轉換拓撲，包括降壓型、升壓型、降壓-升壓型和SEPIC；很多保護功能，例如對LED串開路、LED引腳至VOUT短路提供保護，以及準確的欠壓閉鎖門限；具有最少外部器件的小型緊湊解決方案。 高亮度LED舉例 毫無疑問，大部分汽車前燈仍然是白熾燈。不過，這種主導地位將會受到來自高強度放電(HID)燈和高亮度LED前燈的壓力。HID燈包括所有用在普通照明中的高強度放電燈，例如高壓汞蒸氣燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈和金屬鹵化物燈。為室內、建筑物或外部空間等工作或生活環境照明，一般照明光源足夠亮了。這類照明應用包括住宅照明、商用和工業照明、路燈和汽車前燈。HID氙燈于上世紀90年代首先引入在汽車前燈中。不過，這類燈的生產制造成本很高，因而僅限于在高端汽車中使用。由于最近推出了高亮度LED，這類HID氙燈的使用會迅速減少。因此，高亮度LED前燈在未來10年將有最大增長。 汽車照明系統設計人員面臨的最大障礙之一是，如何優化該最新代LED所提供的所有功能和優勢。因為LED一般需要一個準確、高效的電流源和一種調光方法，所以LED驅動器IC必須設計為能夠在多種工作條件下滿足這些要求。此外，其電源解決方案必須高效、堅固并且可靠，同時還要非常緊湊和具有成本效益。 可以說就驅動LED而言，最苛刻的應用之一將是汽車前燈系統(由遠光燈、近光燈、白天行車燈、霧燈和轉向信號燈組成)，因為它們既經受著嚴酷的汽車電氣環境考驗，又必須同時適應多種溫度條件變化。而且它們還必須始終能放入非常受限的空間中，并具有富有吸引力的成本結構。 適用于汽車前燈的新型LED驅動器IC 凌力爾特公司最近推出的LT3791是一款同步四開關降壓-升壓型LED驅動器和穩壓器控制器，它非常適用于驅動用于汽車前燈應用的高亮度LED。該控制器在高于、低于或等于輸出電壓的輸入電壓范圍內工作。該器件具有4.5V至60V的輸入范圍和0V至60V的輸出范圍，還可在工作模式之間無縫轉換。此外，其獨特的同步降壓-升壓型拓撲使工作效率高達98%，這極大地減小了以熱量形式散出功率損耗所必需的散熱器的尺寸和重量。 以地為基準的電壓反饋引腳(FB)用作幾個LED保護功能的輸入，并使該轉換器能夠作為恒定電壓源工作，如圖1所示。該器件還提供故障保護功能，以使LED在開路或短路的情況下不會損壞，并對故障情況進行報告，同時，當故障發生時，定時器使LT3791能夠繼續運行、閉鎖(latch off)或重啟。它還采用了專有的電流模式拓撲和控制架構，并在降壓和升壓模式時使用了一個電流檢測電阻器。 本文小結 盡管高亮度LED驅動器必須具有的性能特點有很多，但是由這種LED驅動器驅動的LED必須能夠以最低的功率提供必需的光輸出量，這樣就不會對熱量設計造成極大的限制。就大功率高亮度LED產品的設計人員而言，幸運的是，現在既存在高功效LED，又有驅動這些高功效LED的高性能LED驅動器。 
圖1：LT3791以高達100W的功率驅動一個3A的LED陣列。 |
