LED驱动电源厂家由于串联电阻和线性稳流电源的附加损耗均较高

——凌力尔特公司 产品市场主管电源产品部 Tony Armstrong 

背景

    对于led的推广普及而言，2008年是关键性的一年，该领域将成为许多模拟IC供应商的一项主流业务。在过去的12个月时间里，LED自身满足了一些重要的技术要求，这将显著地增加在各种终端应用中为其供电所必需的LED驱动器IC的需求量。

通过分析若干即将在LED驱动器IC需求量的增长过程当中 (从其目前的萌芽阶段到一个加速成长阶段) 发挥作用的“催化剂”，我们不难发现，LED将迅速成为一种主流照明光源。其中几个主要的推动力是汽车照明、大屏幕LCD高清晰度 (HD) TV、手持式设备、LED光输出、LED成本因素及其有望取代白炽灯泡的潜在用途。

Audi (奥迪) 公司是首家在其车型中采用LED前照灯的汽车制造商。其组件包含两个近光前照灯 (作为主要功能)，各由2个LED阵列和4个有源元件组成。3个额外的LED阵列 (各采用2颗LED芯片) 被安放在光学透镜的后面；它们的任务是控制汽车前照灯的亮/暗边界和照射距离。对于远光前照灯，在邻近近光LED阵列的地方布设了1个4-LED阵列。在靠近汽车前照灯组件的下边缘处，一排 (24个) LED构成了昼间行驶灯。在1A的电流条件下，每个LED阵列可实现600流明的光通量。在2008年度的Audi R8豪华型跑车上，该组件被作为可选件提供给购车者，但在奥迪其它车型上它们正成为了主流的配置。此外，VW、Lexus和Cadillac已在其2009年度车型上提供了这种LED汽车前照灯。

当被用来驱动用于为高分辨率电视显示屏提供背面照明的LED时，LED驱动器IC带来了诸多的优势。它们可使LED驱动器电路解决方案纤巧、紧凑和扁平。而且，这些IC还在高开关频率条件下运作，以在采用基于充电泵的拓扑结构时缩减输出电容器的数值、尺寸和成本。在基于电感器的DC/DC开关拓扑结构中，这些高开关频率可减低电感器和输出电容器的数值、尺寸和成本。此外，在某些场合中，LED驱动IC还能够实现肖特基二极管和升压二极管的片内集成，从而减少外部元件的数目。这反过来又降低了设计复杂性，并缩减了解决方案的外形尺寸和成本。

LCD HDTV存在多种缺点，从运动模糊到彩色再现性欠佳等等。也就是说，当使用目前这一代LCD HDTV时是无法获得真正的“黑色”，而且提供所有彩色的动态范围均较低。传统HDTV采用CCFL灯管作为背光源，所能提供的对比度比仅在450cd/m2 ~ 650cd/m2之间。这些HDTV的主要问题是不能够完全关断CCFL背光源，或对其进行局部调光。

与此相反，当采用高亮度 (HB) LED背面照明时，在背光照明“群组”中，一个 LED 阵列 (就一个 46 英寸显示屏而言，由多达 1,600 个 LED 组成) 可以局部调光或关闭，从而提供比 CCFL 设计几乎高一个数量级的对比度 (>4,000cd/m2)。此外，通过调整背面照明LED串的亮度，还能够复制更多的中间色调，从而使得图像更加栩栩如生。另一个好处是能够在局部位置将LED完全关断，从而减少运动模糊。通过在帧与帧之间将LED完全关断，由快速运动物体所引起的图像模糊实际上将被消除。另外，在解决CCFL背面照明LCD TV所常见的这种快速运动模糊问题的过程中，LED非常快的响应速率是至关重要的。

当今的许多移动电话都具有一个能够拍摄高分辨率静止和视频图像的内置数码相机。而且，相机性能的提升还使得人们需要一种供相机在室内或昏暗环境光条件下使用的高功率白光源。白光LED已开始逐渐成为照相手机的主要光源。原因是它们兼具现代蜂窝电话设计师所期望的诸多特点，即：小尺寸、高光输出以及提供“闪光”和连续“视频”物体照明的能力。高输出功率LED专为用作集成相机照明灯而开发。

    类似地，几乎所有的消费类电池供电型手持式设备均采用彩色有源矩阵LCD来显示用户所需的不同类型信息和数据。然而，制造商面临的难题是要确保用户能够在任何类型的环境中清晰地阅读这些显示屏上的信息。为此，他们必须提供具有正确背面照明光量的彩色LCD。这种背面照明一般是由白光LED以不同的组合 (取决于屏幕尺寸) 来提供的。于是，对那些用于为之供电的紧凑、高效和低噪声LED驱动器IC的需求便因此而生了。

重要的LED发展因素

高功率LED的光输出已经实现了具有重要里程碑意义的每瓦 100流明，有的制造商甚至声称其在实验室里获得的LED光输出达到了每瓦 120流明。这意味着，就能量效率而言，LED如今已经超越了CFL (其光输出为每瓦80流明)。不过，根据进一步的预测，到2012年，LED的光输出将达到每瓦 150流明。此外，在大家均十分关注“绿色环保”的现实背景之下，LED还不含任何危险材料 (不像CFL在其灯管内部存在有毒的汞蒸汽)。

美国能源部指出：照明所消耗的能量占到了美国年发电量的22%，因此上述进步是十分重要。LED照明的广泛使用将使此项能耗下降一半。如果客观地考虑到这一点，那么到2027年，LED照明所实现的年度能耗削减量将相当于5亿桶石油，同时还减少了二氧化碳的排放量。

LED照明的成本下降得非常快。在过去的12个月里，个别白光二极管 (某些已被LED灯泡所采用并占据了其大部分成本) 的价格已经从几年前的8美元降至1.50美元。LED行业的许多分析人士预测：在未来的12个月里，用LED灯泡替换白炽灯泡的价位将为消费者所接受。有些LED制造商声称他们已经设计出了可为LED灯泡供电的发光芯片，所产生的光线亮度与美国家庭极为常用的75W白炽灯泡相当。为了具备输出该光量的能力，此类LED芯片通常需要12W至15W的功率。

高亮度 (HB) LED向驱动器IC提出了怎样的挑战?

如今，LED驱动器IC必须具备的一项重要性能特征便是对LED进行适当调光的能力。由于LED是采用一个恒定电流源来驱动的 (这里，DC电流水平与LED的亮度成比例)，因此，如欲改变LED的亮度，可以采取两种通过控制LED电流来实现的调光方法。第一种方法是模拟调光，在这种调光方法中，通过降低恒定LED电流水平来使LED DC电流水平成比例地下降。减小LED电流会导致LED彩色发生变化或LED电流的错误控制。第二种方法是数字或脉宽调制 (PWM) 调光。PWM调光以一个100Hz或更高的频率来接通和关断LED，如此高的频率是人眼所无法察觉的。PWM调光占空比与LED的亮度成比例，而接通时间LED电流处于相同的水平 (由一个LED驱动器IC来设定)，从而在高调光比期间保持了恒定的LED彩色。在某些应用中，这种PWM调光法可以在调光比高达3,000:1的条件下使用。

特别是在驱动HB LED时，通过运用一种满足输入电压范围以及所需输出电压和电流要求的转换拓扑结构，凌力尔特公司的LED驱动器IC能够提供适合诸多不同类型LED配置的足够电流和电压。因此，凌力尔特的HB LED驱动器IC通常具有以下特点：

（A）   宽输入电压范围

（B）   宽输出电压范围

（C）  高效转换

（D）  严格调节的LED电流匹配

（E）   低噪声、恒定频率操作

（F）   独立的电流和调光控制

（G）  宽调光比

（H）   小巧紧凑的占板面积和极少的外部组件

凌力尔特拥有众多旨在满足LED驱动设计要求的产品。LT3754和LT3755便是其中的两个实例。

凌力尔特推出的一款新产品解决了与驱动白光LED (当其被用于给大型显示屏提供背面照明时) 相关联的设计问题。LT3754是一款创新型LED驱动器IC，可用于屏幕尺寸为 26” 或更大的HDTV。该升压模式LED驱动器具有16个单独的通道，每个通道能够以大约3.2V的 VF 来驱动一个包含多达15个50mA LED的LED串。这样，每个LT3754将能够驱动多达240个50mA白光LED。因此，一部 26” LCD HDTV将只需一个LT3754便可提供必要的背光照明。所有16个通道均通过单个PWM输入来控制，该PWM输入能够提供高达3000:1的PWM调光比。

LT3754采用了一个小的电感器和更加纤巧的陶瓷输出电容器。其他所需的元件仅为单个输入电容器、MOSFET和一个电流设定电阻器 (如图1所示)。每个通道接受一个主编程电流，以提供每串10mA至50mA的LED电流。也可以把通道并联起来以提供较高的LED电流。输出电压适应于LED VF 的变化以实现最佳的效率，而且LED开路故障不会影响连接LED串的操作。LT3754采用紧凑型32引脚、5mm x 5mm QFN封装。
 

图1：38W LED驱动器以每串50mA的电流来驱动16串LED (每串包括 15 个 LED)

LT3755-2是一款75V、高端电流检测DC/DC控制器，专为从一个4.5V至40V的输入电压范围来驱动高电流LED而设计。LT3756-2采用相同的设计，但可从6V至100V输入来提供至100V的输出。这两款器件的“-1”版本均提供了外部同步能力，而标准器件版本则用一个LED开路状态指示器取代了该引脚的功能。两款器件均为众多应用的理想选择，包括汽车、工业和建筑照明。对于那些要求40V以上 (比如：48V电源轨) 输入电压的应用，LT3756-2将是优选的解决方案。这两款器件均采用一个外部N沟道MOSFET，并能够从一个12V (标称值) 输入来驱动多达14个1A白光LED，从而提供了50W以上的功率。它们内置了一个高端电流检测电路，因而使其能够在升压、降压、降压-升压或SEPIC和反激式拓扑结构中使用。LT3755-2和 LT3756-2在升压模式中能提供超过94%的效率，从而免除了任何增设外部散热装置的需要。一个频率调节引脚允许用户在100kHz至1MHz的范围内设置频率，因而优化了效率，同时最大限度地缩减了外部元件的尺寸和成本。再加上所采用3mm x 3mm QFN封装或耐热性能增强型MSOP-16E封装，LT3755-2和 LT3756-2提供了一款非常紧凑的高功率LED驱动器解决方案。

来源：中国LED网

Renesas公司的R2A20134SP是LED照明的控制IC,具有两种工作模式:临界导通模式(CRM)和固定开关频率模式.CRM模式能精确地控制LED电流和修正功率因素,具有高效率,而固定开关频率模式能大大地降低外接元件数量.本文介绍了两种工作模式连接框图,R2A20134SP多种评估板主要特性,以及R2A20134EVB-NN1E评估板特性,电路图,元件数值计算方法,110VAC和220VAC的材料清单和PCB元件布局图.

R2A20134SPisacontrolICforLEDlighting.Ithastwooperationmodes,CriticalConductionmode(CRM)andfixedswitchingfrequencymode.Usercanchooseonesuitablemodefortheirpurpose.

AtCriticalConductionmode(CRM),thisICcancontrolLEDcurrentprecisELyandcorrectpowerfactorandachievehighefficiencybyzero-currentswitching.AtFixed-Frequencymode,usercanreducetheexternalcomponentsdramatically.ATPeakCurrentControlmodeapplyingFixedSwitchingFrequencyModerealizedtheminimumnumbersofexternalcomponents,smallestpackagingandlowBOMcost.Alsothisallowstheisolatedflybackoperation.


图1.R2A20134SP临界导通模式(Rrt接地)框图

图2.R2A20134SP固定开关频率模式(Rrt接Vref)框图

图3.R2A20134SP峰值电流控制电路图

图4.R2A20134SP恒定ON时间控制(PFC)电路图
R2A20134SP多种评估板特一揽表:


图5.R2A20134EVB-NN1E评估板外形图

图6.R2A20134EVB-NN1E评估板电路图(误差放大器控制)

R2A20134EVB-NN1E评估板主要元件计算表:
 

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PowerInt公司的LinkSwitch-PH系列集成了725V功率MOSFET,连续模式PWM控制器,用于自偏置的高压开关电流源,频率抖动,逐个周期的电流限制以及延迟热关断电路,大大地简化PF大于0.9,TRIAC调光的LED驱动器的设计,主要用在离线led驱动器.本文介绍了LinkSwitch-PH系列主要特性,功能方框图,TRIAC调光14W和7WLED驱动器电路图,以及TRIAC调光14WLED驱动器参考设计主要指标,电路图和材料清单(BOM).

TheLinkSwitch-PHdramaticallysimplifiesimplementationofLEDdriversrequiringPF>0.9,TRIACdimmercapabilityandhighefficiency.Thesingle-stagePFandconstantcurrentcontrollerELiminatespassivecircuitryrequiredforpowerfactorcorrectionandelectrolyticbulkcapacitor.Theadvancedprimary-sidecontroltechniquesusedbytheLinkSwitch-PHdeviceprovideaccurateconstantcurrentcontrolwhileeliminatingtheneedforanoptocouplerandsecondary-sidecurrentcontrolcircuitry.

LinkSwitch-PHincorporatesa725VpowerMOSFET,acontinuous-modePWMcontroller,ahighvoltageswitchedcurrentsourceforselfbiasing,frequencyjittering,cycle-by-cyclecurrentlimitandhystereticthermalshutdowncircuitry,allinamonolithicIC.

LinkSwitch-PH系列主要特性:

DramaticallySimplifiesOff-lineLEDDrivers

?Flicker-freephase-controlledTRIACdimming

?Singlestagepowerfactorcorrectedandaccurateconstantcurrent(CC)output

?Eliminatesoptocouplerandallsecondarycurrentcontrolcircuitry

?Eliminatesallcontrolloopcompensationcircuitry

?Simpleprimary-sidePWMdimminginterface

?Universalinputvoltagerange

?Enablesdesignsthatareelectrolytic-free

AccurateandConsistentPerformance

?Compensatesfortransformerinductancetolerances

?Compensatesforlineinputvoltagevariations

?FrequencyjitteringgreatlyreducesEMIfiltersizeandcosts

AdvancedProtectionandSafetyFeatures

?Auto-restartforshort-circuitprotection

?Opencircuitfaultdetectionmode

?Automaticthermalshutdownrestartwithhysteresis

?MeetshighvoltagecreepagerequirementbetweenDRAINandallothersignalpinsbothonPCBandatpackage

EcoSmart?–EnergyEfficient

?LowstandbypowerremoteON/OFFfeature(<50mWat230VAC)

?Nocurrentsenseresistors–maximizesefficiency

?Highefficiencyoperation,>85%achievable

GreenPackage

?HalogenfreeandROHScompliantpackage

LinkSwitch-PH系列应用:

?Off-lineLEDdriver


图1.LinkSwitch-PH系列功能方框图

图2.LinkSwitch-PH系列TRIAC调光14WLED驱动器电路图

图3.LinkSwitch-PH系列TRIAC调光7WLED驱动器电路图

TRIAC调光14WLED驱动器参考设计

ReferenceDesignReportforaHighEfficiency(≥85%),HighPowerFactor(>0.9)TRIACDimmable14WTYPLEDDriverUsingLinkSwitch?-PHLNK406EG

参考设计主要特性和指标:
?
Superiorperformanceandenduserexperience

TRIACdimmercompatible(includinglowcostleadingedgetype)

Nooutputflicker

>1000:1dimmingrange

Cleanmonotonicstart-up–nooutputblinking

Faststart-up(<300ms)–noperceptibledelay

Consistentdimmingperformanceunittounit

Highlyenergyefficient

≥85%at115VAC,≥87%at230VAC

Lowcost,lowcomponentcountandsmallprintedcircuitboardfootprintsolution

Nocurrentsensingrequired

Frequencyjitterforsmaller,lowercostEMIfiltercomponents

Integratedprotectionandreliabilityfeatures

Outputopencircuit/outputshort-circuitprotectedwithauto-recovery

Lineinputovervoltageshutdownextendsvoltagewithstandduringlinefaults.

Auto-recoveringthermalshutdownwithlargehysteresisprotectsbothcomponentsandprintedcircuitboard

Nodamageduringbrown-outorbrown-inconditions
?
MeetsIEC61000-4-5ringwave,IEC61000-3-2ClassCharmonicsandEN55015BconductedEMI

Thedocumentdescribesahighpower-factorTRIACdimmableLEDdriverdesignedtodriveanominalLEDstringvoltageof28Vat0.5Afromaninputvoltagerangeof90VACto265VAC.TheLEDdriverutilizestheLNK406EGfromtheLinkSwitch-PHfamilyofICs.

LinkSwitch-PHICsallowtheimplementationofcosteffectiveandlowcomponentcountLEDdriverswhichbothmeetpowerfactorandharmonicslimitsbutalsoofferenhancedenduserexperience.Thisincludesultra-widedimmingrange,flickerfreeoperation(evenwithlowcostwithAClineTRIACdimmers)andfast,cleanturnon.

ThetopologyusedisanisolatedFlybackoperatingincontinuousconductionmode.Outputcurrentregulationissensedentirelyfromtheprimarysideeliminatingtheneedforsecondarysidefeedbackcomponents.NoexternalcurrentsensingisrequiredontheprimarysideeitherasthisisperformedinsidetheICfurtherreducingcomponentsandlosses.TheinternalcontrolleradjuststheMOSFETdutycycletomaintainasinusoidalinputcurrentandthereforehighpowerfactorandlowharmoniccurrents.

TheLNK406EGalsoprovidesasophisticatedrangeofprotectionfeaturesincludingautorestartforopencontrolloopandoutputshort-circuitconditions.Lineovervoltageprovidesextendedlinefaultandsurgewithstand,outputovervoltageprotectsthesupplyshouldtheloadbedisconnectandaccuratehystereticthermalshutdownensuressafeaveragePCBtemperaturesunderallconditions.

InanyLEDluminairethedriverdeterminesmanyoftheperformanceattributesexperiencedbytheendcustomer(user)includingstartuptime,dimming,flickerandunittounitconsistency.Forthisdesignafocuswasgiventocompatibilitywithaswiderrangeofdimmersandaslargeofadimmingrangeaspossible,atboth115VACand230VAC.Howeversimplificationofthedesignispossibleforbothsingleinputvoltageoperation,nodimmingoroperationwithalimitedrangeof(higherquality)dimmers.

ThisdocumentcontainstheLEDdriverspecification,schematic,PCBdiagram,billofmaterials,transformerdocumentationandtypicalperformancecharacteristics.


图4.TRIAC调光14WLED驱动器参考设计外形图

参考设计电源指标:


图5.TRIAC调光14WLED驱动器参考设计电路图

参考设计材料清单(BOM):



图6.变压器电连接图
详情请见:
http://www.powerint.com/sites/default/files/product-docs/linkswitch-ph_family_datasheet.pdf
和
http://www.powerint.com/sites/default/files/PDFFiles/rdr194.pdf