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[导读]许多照明应用需要提供直流控制、高效率、脉宽调制 (PWM) 调光、电压保护和设计简单性的 LED 背光驱动器解决方案。驱动器拓扑主要分为三大类:线性稳压器、电荷泵和开关。DC/DC 转换器基于一系列保证高效率的拓扑结构,由于其灵活性,已在各种 LED 应用中找到了设计空间。它们接受宽范围的输入电压,从而可以达到高功率密度。

许多照明应用需要提供直流控制、高效率、脉宽调制 (PWM) 调光、电压保护和设计简单性的 LED 背光驱动器解决方案。驱动器拓扑主要分为三大类:线性稳压器、电荷泵和开关。DC/DC 转换器基于一系列保证高效率的拓扑结构,由于其灵活性,已在各种 LED 应用中找到了设计空间。它们接受宽范围的输入电压,从而可以达到高功率密度。

为工业、汽车和消费市场设计最佳 LED 驱动器需要清楚地了解应用要求。

特点和拓扑结构

评估 DC/DC 转换器的一个基本考虑因素是系统损耗对效率的影响。必须分析两种类型的系统损耗:电感器中的峰值电流引起的损耗和所谓的开关损耗,它们发生在转换器电路的充电和放电阶段。提高效率的一种方法是通过减少因有源元件和电感器引起的电阻损耗来减少电感器中流动的电流。使用的拓扑也会影响效率。

LED 驱动器的主要设计拓扑是降压、升压和单端初级电感转换器 (SEPIC) 解决方案。降压(降压)转换器非常简单,是最常见的类型。降压转换器中使用的组件相对便宜且简单,这使其成为成本敏感型应用的最爱。降压转换器的理想输出电压等于开关周期与电源电压的乘积。它可以从直流电或整流后的交流信号中获得直流输入。

有时,设计人员需要使用升压(升压)转换器来增加电压。升压转换器拓扑由四个主要元件组成:电感器、电源开关(MOSFET、IGBT 或类似器件)、二极管和电容器。

设计人员通常希望电路具有灵活性,以便相对于同一电路,输出电压可以高于或低于输入电压 (Vin)。这里的解决方案相对简单:构建一个高效的降压-升压拓扑结构,其特征是电感器与输入电压并联。电感器通过二极管放电并为负载提供电流。

SEPIC 转换器需要一个额外的电感器和一个阻塞电容器。该设计乍一看似乎令人生畏,但它对减少电磁干扰 (EMI) 很有用。SEPIC 拓扑的一个缺点是它通常需要比其他解决方案更大的体积。

另一方面,反激式驱动器用途广泛,因为它们可用于输入电压高于或低于所需输出电压的应用。它们可以在非双重绝缘的系统中提供符合 UL 安全要求的隔离输出。此外,可以在不显着增加系统成本的情况下包含功率因数校正 (PFC),同时仍允许通过基于标准双向晶闸管的调光器进行调节。反激式转换器基于升压转换器原理。它使用单个高压开关 MOSFET 和一个耦合电感器以及一个单输出整流二极管来存储能量并将其传输到隔离的次级。

LED 需要精心设计的恒流源来控制亮度。更具体地说,通常用于驱动 LED 的降压转换器拓扑结构的输出电容器会对环形控制特性产生重大影响。因此,电容器的类型和输出电路的配置通常是需要考虑的关键特性。

许多便携式 LED 应用都需要调光。在 LCD 背光等应用中,调光允许调整亮度和对比度。PWM 调光是通过在减少的工作周期内向 LED 施加全电流来实现的。PWM 信号的频率必须高于 100 Hz,以确保 PWM 按钮不被人眼看到。最大 PWM 频率取决于电源的启动时间和响应时间。

ON Semiconductor 的 LV52207NXB 是一款用于白色 LED 单元的 DC/DC 升压转换器。它集成了一个可承受 40 V 电压的 MOSFET。连接到端子 RT 的电阻设置最大电流。在 63.4 kΩ 时,电流为 20 mA。使用单线控制可以设置 256 级电流值。

Analog Devices 拥有广泛的用于汽车照明应用的 LED 驱动器集成电路产品线。该公司表示,其升压、降压、降压-升压和 SEPIC 拓扑可在小型封装中提供最高效率和低噪声。

Analog Devices 的 LTC3452是一款同步 DC/DC 降压-升压器件,优化用于从单个锂离子电池输入驱动两组白色 LED。五个并联 LED 可以每个低功率驱动至 25 mA,而两个 LED 可以每个驱动至 150 mA(或单个 LED 至 300 mA)。

汽车

车载电子设备控制许多功能。例如,有些涉及雨刷系统,而另一些则涉及空调系统。电源管理系统不仅包括照明解决方案,还包括信息娱乐解决方案,以提供舒适和安全愉快的乘坐体验。

对于大功率应用,例如汽车领域使用的外部照明,通常使用开关稳压器。LED 通常需要恒定电流来产生相干光输出。输出电压将取决于许多参数,例如 LED 制造工艺。设计人员必须准确预测最大输出电压以选择最佳稳压器拓扑结构,并因此选择具有相关外部元件的相应 IC。

Maxim Integrated 的 MAX20090 是一款单通道高亮度 LED 驱动器,适用于远光灯和近光灯、日间行车灯、转向灯和雾灯等汽车前灯应用。它接受 5 V 至约 60 V 的输入电压,以驱动一串 LED,最大输出电压为 65 V。该器件集成了扩展频谱调制以提高电磁兼容性能。

汽车行业对照明电源管理提出了挑战。汽车工作环境的温度范围很广,会产生高水平的瞬变和输入干扰。汽车行业中使用的 LED 显示器的所有开关稳压器和驱动器都必须符合 AEC-Q100 标准。合规性对于实现高级驾驶员舒适性和安全功能至关重要,例如高级驾驶员辅助系统 (ADAS) 的自适应照明和辅助功能。


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