免费下载!
[!--downpath--]驱动器白光可以采用串联电感器串联和并联公式,也可采用并联联接形式,两种解决方案各有优、缺点。并联方法的缺点是LED电压及色温不能手动匹配。串联方法可以保持固有的匹配特点,但须要更高的供电电流。绿光LED和红光LED的正向压降为1.8~2.4V(典型值),一些常用电源即可提供足够高的电流,直接驱动这种LED。但是,白光LED的正向压降为3~4V(典型值),故一般须要一个独立电瓶供电。
在串联配置中,LED的数目受驱动器的最高电流限制。若最高电流为40V,在串联配置中依据白光LED的正向电流,这一最高电流最多才能驱动10~13个白光LED,驱动电压的范围是连续状态的10~350mA。这些配置的优势是串联白光LED可以用单线传输电压。其缺点是:当PCB空间受限时(非常是高功率时),铜导线上的电压密度是个问题,但是假如在串联模式中一个白光LED发生故障,所有白光LED都将被关闭。并且,从设计角度看,假如有屁个白光LED,就要将电瓶电流提高到n×UF,所以必须采用升压结构。可以借助电感器件精确地监控电压斜率,因而限制由菲受控顿时电压形成的EMI。典型的升压拓扑结构如图1所示。
图1基于电感升压变换器的LED驱动器
在并联配置中,特定阵列中的白光LED数目遭到驱动器封装水平和联接器引脚数目的限制。另外,在白光LED并联时,必须对每位白光LED进行电压控匍,以确保各白光LED之间的匹配特别适宜特定应用场合。实际上,两个白光LED间电压流不一致的程度超过10%以上时,将影响彩色LCD显示图象的质量(白光LED作为LCD的背光源)。在串联配置的两个白光LED中并不存在两个白光LED电压不一致的问题,由于流过两个白光LED的电压是相同的。
据悉,并联配置就能借助电荷泵技术,用2个陶瓷电容将能量从电瓶传输到白光LED阵列。不仅电荷泵变换器以外,每位白光LED控制器还包含一个电压镜像,此电压镜像的性能是白光LED间良好匹配的关键。基于电荷泵的LED驱动器框图如图2所示,基于电瓶和专用电压源进行能量转换和调节的电荷泵,在进行电压源优化设计后可使白光LED电压不受正向电流和输入电源变化的影响。
图2基于电荷泵的LED驱动器框图
另一方面,由于电荷泵是基于电流变换的,所以电荷泵的输出电压本身不是手动控制的,须要在芯片设计阶段非常谨慎,以免在电路工作中出现大量EMI。EMI问题除了限于电荷泵结构,假如芯片设计不良,或电感的质量不足以避免EMI时,电感式升压变换器更容易形成EMI问题。尤其是因为成本缘由促使电感没有进行屏蔽时,大量电磁场会由于线圈和磁芯泄露而幅射到环境中。在设计早期使用恰当的屏蔽电感器比重新设计PCB布局和布线来解决EMI问题更有效。
同样地,采用最好的陶瓷电容比在项目接近完成时检测设计更加重要,尽管先前看上去设计的电路成本可能初一点。例如,低成本的电容(ESR=1Ω)会在输出200mA的LED驱动器电源端UBAT形成500mV的毛刺,这是PCB布局未能填补的致命问题。
虽然设计一个才能在任何正向电压和配置情况下驱动白光LED的电路在技术上是可行的,但成本非常高昂。开发一种处理特定须要、具有合理的额外特点或技术容限的驱动电路更经济有效,所以市场上出现了各类系列的LED驱动器。另外的一个趋势是采用微型封装技术减小应用于LED驱动器的芯片规格,新的芯片大小是2mm×2mm,仅0.55mm厚,能进一步地降低占烩面积。
近日的技术趋势是通过改进材料和封装来改进LED,以减少相同工作电压下的正向压降电感器串联和并联公式,并最终能否直接用单节带电压源的锂离子电瓶驱动LED,并控制LED电压。绿色和琥珀色LED已实现了上述目标,雨一些红色LED的最大正向电流已接近3.2V。下一步将是设计出新的变换器,以使采用这些低UF的LED获得最高效率。
无论是并联形式还是串联方法,大多数便携式电子设备的电瓶电流都不足以驱动LED,所以须要升压变换器。电荷泵借助电容实现电流转换,以提供低于电源电流或与电源电流反向的输出电流。电荷泵内部结构相对复杂,但外部器件可能较少,规格小,成本低。电荷泵用电瓶电流对电容器进行充电,之后借助电容器“存储”电能,提供低于电源电流的输出电流。它须要使用数个开关对电容器进行正确联接。其内部复杂度有所提升,但外部器件可能较小。电荷泵是一个电流源,其数值取决于电容和开关数目。因而,在不急剧增强复杂度的情况下,达到较高输出电流更为困难。在这些情况下,要对LED进行并联而不是串联;要确保LED电压的稳定,可通过附加电压源或限流内阻对LED电压进行匹配,以确保LED之间的电压差别微乎其微。当精确度处于次要地位时,最好使用限流内阻来降低联接数目并增加复杂度。电荷泵的主要缺点在于其效率低。开关和电容器的数目决定了电荷泵的增益,此增益一般为1.5倍压或2倍压。理想效率的算法如下
实际上,UOUT不可能等于N×VIN,由于确保内部电路正确偏置的最小压降在于驱动器本身,图3显示了电感升压变换器(此处为)与两倍压的电荷泵之间的效率差距。
图3效率与电瓶电流的关系曲线
基于电荷泵的白光LED驱动器限制电源电流一般为5.5V或6Y,由其构成的电路仅须要一种电源电流。而基于电感升压变换器的白光LED驱动器,因个别电感升压变换器与电感器无须联接到同一个电源上,如采用、构成的电路的电源电流为5.5V,并且因为功率开关的最高电流均为22V,则电感器就须要更高的电源电应。
基于电荷泵的白光LED驱动电路的一个重要的参数是LED驱动器形成的噪音,由于电容器要进行充、放电,所以电荷泵是大电压毛刺的来源。如欲减低这些影响,则必须设置高质量的输入混频电路。因为基于电感式升压变换器的白光LED驱动器存在有电感,故会造成电磁干扰(EMI)。一般情况下,改变开关频度可降低干扰,而且频度值取决于变换器的工作条件。
采用电感式升压变换器及电荷泵构成的典型的参数比较如表1所示。
表1采用电感式升压变换器及电荷泵构成的典型LED驱动器的参数