通過電感式轉(zhuǎn)換器充分利用基于LED的照明系統(tǒng)

　　兩種類型

　　要在中型 LCD 面板應(yīng)用中實現(xiàn)所需的亮度，需要驅(qū)動器在所有工作條件下向 LED 提供穩(wěn)定的電流。通常，可以使用兩種類型的 LED 驅(qū)動器拓?fù)洌?a href="http://ttokpm.com/tags/電容/" target="_blank">電容式電荷泵和基于電感器的開關(guān)穩(wěn)壓器。本文重點介紹為 LED 提供 1W 至 6W 功率的電感式轉(zhuǎn)換器 LED 驅(qū)動電路。

　　電荷泵型 LED 驅(qū)動器因其高效率、低成本且易于實施而廣泛應(yīng)用于手機(jī)和其他小尺寸 LCD 背光應(yīng)用。電荷泵所需的外部元件僅由三個或四個電容器組成，沒有電感器。然而，在輸出功率方面存在限制。

　　盡管一些高功率閃光燈 LED 電荷泵可提供高達(dá) 2W 的功率，但電荷泵的輸出電壓僅限于約 6V，因此無法驅(qū)動兩個以上串聯(lián)的 LED。LED 的數(shù)量由電荷泵中的通道數(shù)量決定（通常多 6 個）。因此，中型面板應(yīng)用可能會受到電荷泵封裝的限制，因為更多的通道意味著更多的引腳和更大的封裝尺寸。

　　LED 正向電壓 （VF）、LED 電流和電源電壓范圍的組合決定了所需的電感轉(zhuǎn)換器 LED 驅(qū)動電路的類型。LED VF 隨電流、溫度和 LED 型號而變化。

　　選擇 LED 驅(qū)動器架構(gòu)（線性、降壓或升壓）時，溫度下出現(xiàn)的 VF 是一個關(guān)鍵參數(shù)，過壓保護(hù) （OVP） 水平也是如此。在本文中，假設(shè) VF 為 3.8V。

　　選擇LED驅(qū)動IC時，關(guān)鍵參數(shù)是開關(guān)電流限制；輸出電壓；以及防止 LED 開路情況所需的過壓檢測閾值。電感器和電容器等外部元件也應(yīng)仔細(xì)選擇。

　　圖 1：所示為 8 英寸 LCD 模塊背光示例，共有 9 串，每串 3 個白色 LED。LED 正向電壓 （VF） 典型值為 3.3V 時，總燈串電壓約為 10V。

　　示例應(yīng)用

　　作為一個例子，考慮一個 8 英寸 LCD 模塊，它包括背光燈，總共有九串，每串三個白色 LED，如上圖 1 所示。 LED 正向電壓 （VF） 典型值為 3.3V 時，總燈串電壓約為 10V （3 x3.3V）。對于每個 LED 20mA，總電流為 180mA （9 x 20），總功耗為 1.8W。5V 電源由交流電源適配器提供?；陔姼衅鞯?LED 驅(qū)動器非常適合此應(yīng)用。

　　首先，讓我們了解一下處理 2W 負(fù)載需要什么設(shè)備開關(guān)電流。假設(shè)效率 （？） 為 80%，輸入電流等于 Vout x Iout / Vin x ？ = 10 x 0.18 / 5 x 0.8 = 450mA。CAT4139 電感式升壓 LED 驅(qū)動器的開關(guān)電流限制為 750mA（值），非常適合此應(yīng)用。

　　電感器的額定電流應(yīng)能夠處理峰值 LED 驅(qū)動器開關(guān)電流而不進(jìn)入飽和狀態(tài)。一旦發(fā)生飽和，就會出現(xiàn)一些電流尖峰，因為電感器的行為類似于電阻器，并且電路不再按預(yù)期工作。額定電流為 800mA 或更高的電感器就可以了。

　　LED工作時的輸出電壓應(yīng)保持在輸出電壓以下。對于串聯(lián)的三個 LED，在低溫下，總正向電壓可高達(dá) 11.4V （3 x3.8V）。

　　24V 開路 LED 檢測閾值遠(yuǎn)高于該限制。如果 LED 斷開，輸出電壓將增加并保持在 30V 左右，此時器件處于低功耗模式，僅從電源汲取幾毫安的電流。30V 額定輸出電容就足夠了。

　　現(xiàn)在，我們考慮使用 12V 電源供電的 6W LED 燈。這可以通過使用六個串聯(lián)的高亮度白光 LED 并以 300mA 的固定電流驅(qū)動、典型正向電壓為 3.3V 來實現(xiàn)。

　　LED 燈串電壓通常為 20V，在低溫下可增至 23V （6 x 3.8V）。對于 CAT4139 這樣的設(shè)備來說，這個電壓太高了。需要更高電壓的升壓 LED 驅(qū)動器（例如 CAT4240）來驅(qū)動該負(fù)載。CAT4240 升壓 LED 驅(qū)動器具有 40V 的更高過壓檢測閾值，并且與多 10 個串聯(lián) LED 燈串兼容。

　　圖 2：使用 CAT4201 BuckLED 驅(qū)動器由 24V 電源驅(qū)動五個 1W LED，以提供準(zhǔn)確的平均電流。

　　選擇降壓

　　當(dāng)電源電壓高于 LED 總正向電壓時，可以使用線性電流源或開關(guān)降壓調(diào)節(jié)器來為 LED 提供恒定電流。

　　線性電流源有一個缺點——穩(wěn)壓器 IC 中的功耗與電源至負(fù)載的電壓差成正比。開關(guān)解決方案具有更高的效率，可防止 IC 中散發(fā)大量熱量，使其保持接近或略高于環(huán)境溫度。

　　上面圖 2中的示例顯示了如何使用 CAT4201 降壓驅(qū)動器從 24V 電源驅(qū)動五個 1W LED。LED 電流由外部電阻器 R1 設(shè)置。CAT4201 降壓 LED 驅(qū)動器提供在兩相開關(guān)操作中實現(xiàn)的平均電流。在階段，內(nèi)部 CAT4201 FET 開關(guān)將 SW 引腳接地，以便電流上升并對電感器充電。

　　施加在電感器上的電壓基本上是 24V 減去 LED 壓降。一旦電流達(dá)到確定的峰值，內(nèi)部開關(guān)就會關(guān)閉，電流繼續(xù)流過肖特基二極管，直到電感器放電。

　　當(dāng)電感電流降至零時，重復(fù)上述過程，使電感電流波形呈三角形。在這種情況下，開關(guān)頻率約為 260kHz。LED 兩端的電容器 C2 可限度地減少 LED 電流紋波。

　　電容器尺寸越大，紋波越小。本例中的整體轉(zhuǎn)換器效率（LED 功率除以 VBAT 功率）高達(dá)約 94%。

　　只要 VBAT 高于總 VF 加 3V，LED 電流就能保持良好的調(diào)節(jié)。低于該水平，LED 電流線性下降。開關(guān)穩(wěn)壓器及其外部組件必須針對每個特定應(yīng)用進(jìn)行正確配置。

　　開關(guān)穩(wěn)壓器的高效率使得電源管理電路中的散熱不再是問題，用戶可以從節(jié)能中受益。

　　線性電流調(diào)節(jié)器 IC 具有固有的低噪聲操作（無開關(guān)）的優(yōu)點，但由于封裝溫度限制，主要適用于較低電流應(yīng)用。

　　當(dāng)談到驅(qū)動中型面板和一般照明應(yīng)用時，電感式轉(zhuǎn)換器 LED 驅(qū)動器是解決方案，可實現(xiàn)良好調(diào)節(jié)的 LED 和的整體照明效率。選擇正確的電感轉(zhuǎn)換器（升壓或降壓）取決于應(yīng)用電源和 LED 配置。