现代高亮度LED驱动电源解决方案

本文演示电源要求如何变化，然后研究新一代集成，高效，紧凑的LED驱动器，非常适合为现代灯具供电。

为更亮的LED提升驱动电流

In在高亮度LED的早期阶段，“标准”配置被称为1瓦设备，因为它通常以350 mA的正向电流(If)和3.3的标称正向电压(Vf)驱动。至3.5 V(功耗约为1.2 W)。但这些芯片的功效远远不及今天令人印象深刻的设备;个别LED可能产生50流明的亮度。

例如，办公室工作的建议照度约为200至400勒克斯。 (勒克斯是每单位面积光通量的量度。)一个灯具，在2.5平方米的面积上输出1000流明，产生400勒克斯。制造具有前代芯片的这种灯具将需要20个LED。这是一个复杂的装配，具有极具挑战性的热管理和电源问题。

发生了两件事情，使事情变得更容易。首先，功效得到了显着改善(参见TechZone文章LED功效改进显示没有减缓的迹象)，1瓦设备可以输出超过100流明。其次，器件可以在更高的电流下安全驱动 - 例如，700 mA至5 A - 同时仍然保持正向电压在3至12 V范围内。虽然在这些较高的电流下工作会因“效率下垂”等现象而影响效率(参见TechZone文章“确定LED效率下垂的原因”)，但光通量却大大增加。

例如，Cree的X-灯XM-L(图1)可以产生高达581流明(If = 2 A，Vf = 6 V，功效= 48 lm/W)。该器件是现代LED系列中的典型器件。

图1：Cree的X-Lamp XM-L可以在高达2 A的电流下驱动，产量高达581流明。

欧司朗生产自己的高亮度LED。例如，该公司的Golden DRAGON Plus系列产品输出为292流明(If = 1 A，Vf = 3.2 V，功效91 lm/W)。 Lumex提供的TitanBrite产品可以产生160流明(If = 700 mA，Vf = 4.6 V，功效50 lm/W)。

更高输出和增加驱动电流的综合效果意味着它不会采用许多现代LED来生产明亮的灯具。只有不到6个Cree，OSRAM或Lumex的芯片足以打造强大的房间灯。更少的芯片意味着更简单的电源。

减少转换器的数量

以前，当需要数十个LED达到可接受的照明水平时，它们被分成串。为这样的设置供电需要三级电源。第1阶段是连接到第2级的恒压电源，这是一个高压DC-DC转换器，可产生安全的隔离电压轨，提供28至60 V DC。

此固定电压输出轨然后通过级3提供每个串，包括提供调节电流的专用DC-DC转换器。根据第二级的输出和LED的正向电压，转换器可以为8到12个LED之间的串供电。比这更多的LED意味着更多的串，每个都有自己的转换器。

更亮的LED的优点是可接受的照明水平所需的更少，将系统的尺寸减小到单个串。这种改变消除了除一个专用DC-DC转换器之外的所有转换器，从而减少了材料清单(BoM)，提高了可靠性，并使电源设计更加容易。另一个很大的优点是光均匀性和“颜色”的改善，因为所有的LED都是在同一电流下从单个转换器驱动的。 (只需要很小的电流变化即可显着改变高亮度LED的亮度和颜色。)

LED驱动器优势

使用更亮的LED简化了电源，但设计师的工作变得更加容易，因为有各种各样的专业DC-DC转换器('LED驱动器')来自领先的半导体供应商，他可以围绕他的电路。这些器件专门用于为最新一代高亮度LED供电。与使用分立元件设计转换器相比，使用LED驱动器具有许多优势，例如更简单的电路，更少的电路板空间以及更容易的生产组装。

例如，安森美半导体提供其NCL30000 LED驱动器(图2)。该公司采用紧凑的8引脚表面贴装封装，声称NCL30000在单级拓扑结构中实现了大于0.95的功率因数。典型应用包括LED驱动电源，基于LED的筒灯，TRIAC可调光LED灯和功率因数校正恒压电源。

参考设计可用于驱动4至15个LED串嘛。该公司表示，它们可以轻松修改，以支持5到30 W的功率水平。

图2：安森美半导体的NCL30000可以驱动字符串美国国家半导体的LM3409/09HV提供宽输入电压范围，高端差分电流检测，低可调阈值电压，快速输出启用/禁用功能以及热增强型eMSOP -10包。该公司表示，这些特性相结合，使LM3409/09HV成为用作驱动LED的良好解决方案，其中需要高达5 A的正向电流。

模拟和PWM调光据说是易于实现并产生线性调光范围(图3显示了典型应用)。

图3：美国国家半导体LM3409 LED的典型应用电路驱动器。

凌力尔特公司提供了一系列LED驱动器，包括流行的LT3756，一款100 V，高端电流检测DC-DC转换器，用于驱动高电流LED。 LT3756可以从标称12 V输入驱动多达20个1 A白光LED，功率超过70 W.

凌力尔特公司表示LT3756在升压模式下的效率高达94%。该公司表示LT3756采用3 x 3 mm QFN或耐热增强型MSOP-16封装，提供紧凑型LED驱动器解决方案。 LT3756采用专有的PWM调光，可提供恒定的LED颜色，调光范围高达3,000：1。