高功率HB LED产品设计的解决方案

以全容量驱动一串高亮度LED需要精心设计，同时实现宽调光比，同时保持色谱。幸运的是，有一些集成的驱动器套件可以应对挑战。

背景

大功率LED的光输出已达到100流明/瓦的关键里程碑，一些制造商声称拥有120流明/瓦的亮度实验室。这意味着LED在能效方面现已超过CFL(80流明/瓦)。然而，进一步预计到2012年，LED将达到150流明/瓦的输出。此外，由于目前所有的重点都是“绿色”，LED不含任何有害物质，如CFL，管内有毒汞蒸气。

LED照明的成本很快下降。单个白光二极管的成本，其中几个进入LED灯泡并弥补了大部分成本，价格从几年前的约5美元降至过去12个月不到1美元。许多LED行业分析师预测，在未来12个月内，白炽灯泡的LED灯泡更换价格将达到消费者可接受的水平。一些LED制造商已经声称他们已经设计了可以为LED灯泡供电的发光芯片，其产生的光与美国家庭中常用的75瓦白炽灯泡相当。这种类型的LED芯片通常需要大约12 W的功率才能输出这么多的光。

LED驱动器IC今天必须具备的一个关键性能是能够充分调暗LED。由于LED以恒定电流驱动，其中DC电流水平与LED亮度成比例，为了改变LED亮度，有两种通过控制LED电流来调暗光的方法。第一种方法是模拟调光，其中LED DC电流水平通过降低恒定的LED电流水平成比例地降低。降低LED电流可导致LED颜色的变化或LED电流的不准确控制。第二种方法是数字或脉冲宽度调制(PWM)调光。 PWM调光以100Hz或100Hz以上的频率打开和关闭LED，这是人眼无法察觉的。 PWM调光占空比与LED亮度成正比，而导通时间LED电流保持在相同水平(由LED驱动器IC设置)，在高调光比期间保持恒定的LED颜色。在某些应用中，这种PWM调光方法可以使用高达10，000：1的比率。

具体而言，在驱动高亮度(HB)LED的情况下，LED驱动器IC必须能够提供足够的电流和电压。许多不同类型的LED配置 - 在转换拓扑中满足输入电压范围和所需的输出电压和电流要求。因此，HB LED驱动器IC理想情况下应具有以下特性：

宽输入电压范围 - 高达100 V

宽输出电压范围 - 高达100 V

高效率转换 - 高达95%

严格调节LED电流匹配 - 温度低于2%

低噪声，恒定频率工作 - 高达2.5 MHz

独立电流和调光控制

宽调光范围比 - 高达10，000：1

多种转换拓扑，包括降压，升压，降压 - 升压和SEPIC

许多保护功能，例如保护开路LED灯串，LED引脚至VOUT短路以及精确的欠压锁定阈值

小型紧凑型解决方案封装，外部元件极少

HB LED示例

毫无疑问，大多数汽车前灯仍然使用白炽灯泡。然而，这种主导地位受到高强度放电(HID)灯和HB LED前灯的压力。 HID灯包括用于普通照明的所有高强度放电灯，例如高压汞蒸汽，高压钠，低压钠和金属卤化物。一般照明源足够明亮，以便在房间，建筑物或外部空间中实现工作或生活环境。这包括住宅照明，商业和工业照明，街道照明和汽车前灯。 HID氙气灯在20世纪90年代末首次被用作汽车前灯。然而，它们的生产和制造非常昂贵，因此它们的使用仅限于高端车辆。展望未来，由于最近推出HB LED，这种HID氙灯的使用将迅速下降。因此，HB LED大灯将在未来十年内具有最大的增长率。

图1：94%效率25 W白光LED前照灯驱动器

可以使用25 W白光LED大灯配置串联的18个LED阵列，用370 mA驱动它们以产生必要的光输出。然而，一个主要障碍是如何有效且简单地驱动这种配置。一种可能的解决方案是使用最近推出的凌力尔特公司的LT3956单片LED驱动器。 LT3956是一款DC-DC转换器，设计用作恒流和恒压稳压器。它非常适合驱动高电流，高亮度LED(图1)。

LT3956具有内部低端N沟道功率MOSFET，额定电压为3.3 V时为84 V，采用内部稳压7.15 V电源供电。固定频率，电流模式架构可在各种电源和输出电压下稳定工作。基于地的参考电压反馈(FB)引脚可用作多个LED保护功能的输入，也可使转换器作为恒压源工作。

LT3956可检测高压侧的输出电流。 LED灯串。高端检测是驱动LED的最灵活方案，允许升压，降压模式或降压 - 升压模式配置。 PWM输入提供高达3，000：1的LED调光比，而CTRL输入提供额外的模拟调光功能。

图2：LT3743典型应用原理图提供20 A的LED电流。

尽管如此，还有其他终端市场应用对高功率HB LED驱动器有其独特需求，其中LED电流大于10 A是必要的。这些包括DLP投影仪，激光驱动器和建筑照明。但是，输送大于10 A的电流会带来许多设计问题，尤其是最终产品本身的热管理方面。为此，凌力尔特公司开发了一种独特的LED驱动器，专门针对这些类型应用中的设计考虑因素。

LT3743是一款同步降压DC-DC转换器，旨在提供恒定电流来驱动高电流LED。它可以提供高达20 A的连续LED电流或高达40 A的脉冲LED电流。 LT3743独特的设计实现了三态电流控制，使其成为DLP投影机所需色彩混合应用的理想选择。它还提供非常快(《2μs)的转换时间电流水平。这样可以优化混色分辨率，并在激光驱动器应用中实现非常快速的电流脉冲LT3743的5.5 V至36 V输入电压范围使其成为各种应用的理想选择，包括工业，DLP投影和建筑照明。 LT3743从标称12 V输入提供高达20 A的连续LED电流，功率超过80瓦。在脉冲LED应用中，它可以通过12 V输入提供高达40 A的LED电流或160 W的峰值功率。高达95%的效率消除了对外部散热的任何需求，并显着简化了散热设计。频率调节引脚使用户能够在100 kHz和1 MHz之间编程频率，因此设计人员可以优化效率，同时最大限度地减小外部元件尺寸。 LT3743结合4 mm x 5 mm QFN或耐热增强型TSSOP-28封装，提供非常紧凑的高功率LED驱动器解决方案。其典型应用原理图见图2.

LT3743提供PWM和CTRL_SELECT调光，在三个LED电流水平下实现3，000：1调光能力。这使其成为DLP投影仪所需色彩混合应用的理想选择。同样，LT3743独特的拓扑结构使其能够在不到2微秒的时间内在两个稳定的LED电流水平之间转换，从而在RGB应用中实现更准确的色彩混合。保持LED电流精度为±6%，以确保LED的光输出的最准确亮度。其他功能包括输出电压调节，开路LED保护，过流保护和热降额电路。

结论

尽管HB LED驱动器需要很长的性能特性，但LED驱动器驱动的LED具有能够从尽可能低的功率水平提供必要的光输出流明，而不会造成明显的热设计约束。幸运的是，对于高功率HB LED产品的设计人员来说，存在高效LED和高性能LED驱动器来驱动它们。