低損耗LED驅(qū)動(dòng)器通過提高效率、延長電池壽命加快系統(tǒng)的綠色進(jìn)程

現(xiàn)今有很多不同的方案可以為高亮度LED (HB LED)供電。由于多數(shù)系統(tǒng)采用電池供電，能效成為延長電池使用壽命和系統(tǒng)工作時(shí)間的關(guān)鍵。提高電池的使用效率還有助于加快系統(tǒng)的“綠色”進(jìn)程。在電池的有效使用期限內(nèi)，相同充電次數(shù)下，延長兩次充電之間的時(shí)間間隔有可能使電池的有效使用時(shí)間延長數(shù)百小時(shí)。這意味著送到垃圾填埋場或危險(xiǎn)廢物處理場進(jìn)行銷毀的電池?cái)?shù)量會(huì)大大降低。

低功耗照明的驅(qū)動(dòng)器通常采用簡單的線性穩(wěn)壓器，將其配置成恒流模式(圖1a)。線性穩(wěn)壓器具有設(shè)計(jì)簡單等優(yōu)點(diǎn)。然而，其主要缺點(diǎn)在于功耗較大，因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)，多余的電壓通過檢流電阻和調(diào)整管本身的發(fā)熱耗散掉。這樣的熱損耗還嚴(yán)重阻礙了系統(tǒng)的“綠色”進(jìn)程。熱損耗越大，對冷卻裝置(風(fēng)扇或大金屬散熱器)的要求越高，消耗的能量也越多，并會(huì)占用更大的空間和重量，同時(shí)也意味著材料成本和制造時(shí)間的增加。

一種替代的解決方案是采用開關(guān)模式調(diào)節(jié)架構(gòu)，例如buck調(diào)節(jié)器(圖1b)。這類調(diào)節(jié)器通常需要一個(gè)0.8V至1.3V的反饋電壓，用于調(diào)節(jié)流過LED的電流。用來建立該電壓的電流測量電路通常是與LED串聯(lián)的一個(gè)小電阻。電阻兩端的電壓作為反饋電壓，可以為LED維持恒流供電。這種架構(gòu)降低了調(diào)節(jié)器本身的損耗，但檢流電阻的功耗使系統(tǒng)損耗仍然存在。

圖1a. 簡單的線性穩(wěn)壓架構(gòu)由于調(diào)整管和電流設(shè)置電阻而存在較大功耗。該電路的優(yōu)點(diǎn)是簡單、沒有任何EMI，但它僅適用于低電壓應(yīng)用，而且存在一定的發(fā)熱。

圖1b. 基本的開關(guān)模式調(diào)節(jié)方案，功耗主要來自檢流電阻的能量損耗。該方案效率極高，并可重新配置實(shí)現(xiàn)升壓。不過，電路相對復(fù)雜并且會(huì)產(chǎn)生EMI。

為了降低檢流電阻的功耗，應(yīng)采用低損耗電流檢測電路，例如采用電阻/運(yùn)放結(jié)合的方式提供開關(guān)轉(zhuǎn)換器所要求的反饋電壓?？梢圆捎脤Ｓ玫木軝z流放大器，例如MAX9938T，為檢流電阻兩端的電壓產(chǎn)生25V/V的檢測增益。這一方案能夠把反饋電路的損耗降至幾十毫瓦。

在圖2所示電路中，boost轉(zhuǎn)換電路采用了MAX9938T檢流放大器，并使用MAX8815A升壓轉(zhuǎn)換器通過兩節(jié)NiMH串聯(lián)電池為其供電。MAX8815A工作在最高2MHz的開關(guān)頻率下，效率高達(dá)97%。高開關(guān)頻率最大限度減小了外部元件的尺寸；而內(nèi)部補(bǔ)償功能則減少了外部元件數(shù)量，適用于成本和空間敏感產(chǎn)品。該轉(zhuǎn)換器可以在兩節(jié)NiMH電池供電時(shí)產(chǎn)生3.3V至5V的輸出電壓。

圖2. 從圖1b衍生而來，采用諸如MAX9938T的檢流放大器將檢流電阻的功耗降至幾十毫瓦。相比圖1電路幾百毫瓦甚至更大的損耗，該電路的功耗降低了許多。

MAX9938T檢流放大器控制流入LED的電流。該放大器在其輸入端集成了增益設(shè)置電阻，將增益設(shè)置在25V/V。此外，放大器還具有較高的精度等級，VOS低于500μV (最大值)，增益誤差低于±0.5% (最大值)。由于MAX8815A的反饋電壓為1.265V，因此100mΩ檢流電阻產(chǎn)生的LED電流為(1.265V/25)/0.1Ω ≈ 0.5A。

MAX9938T需要外接一個(gè)由兩組10Ω/100nF構(gòu)成的輸入共模濾波器以濾除輸入端的共模電壓，此共模電壓是由MAX8815A輸出端的高頻紋波引起的。MAX9938T輸出端的200nF電容能夠降低放大器的帶寬，從而防止振蕩。

該設(shè)計(jì)思路給出了一個(gè)元件數(shù)極少的方案，由于最大限度地降低了調(diào)節(jié)器和控制環(huán)路的功耗，該方案有效延長了電池使用壽命。

審核編輯：郭婷