如何為提高照明的調(diào)光性能選擇合適的DC/DC LED驅(qū)動(dòng)器

設(shè)計(jì)最佳的DC/DC LED驅(qū)動(dòng)器可以提高室內(nèi)和室外照明應(yīng)用的調(diào)光性能，顯色性和一致性，解決與色彩和亮度控制相關(guān)的一些挑戰(zhàn)。

大多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)商都認(rèn)為，一旦選擇LED，LED照明設(shè)計(jì)師需要知道的四個(gè)關(guān)鍵規(guī)格 - 輸入電壓范圍，LED串的輸出電壓，電流和調(diào)光選項(xiàng) - 以縮小列表范圍應(yīng)用的最佳LED驅(qū)動(dòng)器。

需要關(guān)注的其他領(lǐng)域包括調(diào)光性能，顯色指數(shù)（CRI）和效率。例如，對(duì)于零售照明，顏色亮度和呈現(xiàn)真實(shí)顏色可能更重要;在使用多個(gè)相同燈具的高端應(yīng)用中，色彩一致性通常是首要任務(wù)。

同時(shí)，照明設(shè)計(jì)師必須牢記幾個(gè)潛在的設(shè)計(jì)限制 - 成本，尺寸，和熱問(wèn)題 - 取決于他們的應(yīng)用。例如，在高性能，高端應(yīng)用中，成本限制可能不是問(wèn)題。因此，在為工作確定合適的LED驅(qū)動(dòng)器時(shí)，請(qǐng)記住最終應(yīng)用。

此外，照明設(shè)計(jì)師對(duì)電力系統(tǒng)的了解將在選擇中發(fā)揮作用。許多LED供應(yīng)商提供的驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品組合從簡(jiǎn)單易用（相對(duì)而言）到更復(fù)雜的設(shè)備，其中包含功能專家可以使用的特性和功能。它們還提供了大量的設(shè)計(jì)工具和計(jì)算器供駕駛員選擇。

那么你從哪里開(kāi)始呢？一旦系統(tǒng)規(guī)格已知，包括系統(tǒng)所需的每瓦特流明和每瓦LED的流明，設(shè)計(jì)人員需要知道輸入電壓范圍，輸出電壓（LED串的最小/最大值），LED串電流，以及如何調(diào)暗它; PWM或比率。

德州儀器照明電源產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理John Perry分享了他在提出驅(qū)動(dòng)解決方案之前最初要求照明設(shè)計(jì)師提出的一些關(guān)鍵問(wèn)題：

LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入電源電壓范圍是多少？示例：48 VDC，60 VDC，120 VAC

什么是LED負(fù)載配置和特性（串聯(lián)，并聯(lián)，串并聯(lián)）？什么是最小/最大LED串電壓？什么是所需的最大LED驅(qū)動(dòng)電流？）

是否需要調(diào)光？如果是這樣，通過(guò)什么方式：模擬，PWM，組合，其他？

什么（如果有的話）是故障檢測(cè)，保護(hù)和報(bào)告要求？

目標(biāo)是將客戶的需求與最佳的驅(qū)動(dòng)解決方案相匹配。其他考慮因素包括圍繞成本，尺寸，熱量和效率的設(shè)計(jì)限制。就尺寸而言，設(shè)計(jì)人員可以看到的一件事是具有集成MOSFET的LED驅(qū)動(dòng)器，如果他們正在處理低功耗系統(tǒng)。這也可以節(jié)省成本。

“當(dāng)您集成MOSFET時(shí)，功率最大值。只要您的規(guī)格不超過(guò)功率限制，您就會(huì)非常好，“英飛凌科技北美區(qū)照明區(qū)域部門(mén)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Brandon Cartwright說(shuō)。 “然而，你無(wú)法控制的一件事就是MOSFET內(nèi)部是什么。外部MOSFET具有更大的靈活性，因此您可以擴(kuò)展它以獲得更高的功率，并且通常可以獲得更高的效率?！?/p>

只要有可能，凌力爾特公司建議使用功率器件內(nèi)部的單片器件。凌力爾特公司的LED驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)理Bryan Legates表示，這通常意味著照明設(shè)計(jì)師需要選擇兩個(gè)較少的組件。

“如果你曾試圖尋找功率MOSFET，那就太過(guò)分了，所以如果功率水平足夠低我們總是建議他們首先嘗試使用單片設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)。但是在50,60或100瓦，甚至高達(dá)200或300瓦的更高功率水平下，您最終不得不選擇外部FET，因?yàn)槟鸁o(wú)法在同一IC上執(zhí)行此類功率。你必須把熱量散開(kāi)，“Legates補(bǔ)充道?！?/p>

另一種降低成本的方法有時(shí)需要對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的改變，Legates表示。 “如果他們?cè)敢膺M(jìn)行簡(jiǎn)單的改變，例如通過(guò)一個(gè)LED減少設(shè)計(jì)，添加LED或改變電流，他們實(shí)際上可以獲得更具成本效益的解決方案。”

他解釋說(shuō)：“保持考慮到許多客戶希望為L(zhǎng)ED輸出做24伏輸入和24伏電壓。如果您希望輸入和輸出相同，則可以保證您將使用最昂貴的DC-DC轉(zhuǎn)換器。一旦他們開(kāi)始沿著這條路走下去，我們就會(huì)問(wèn)他們是否愿意對(duì)LED燈串進(jìn)行一些小的改動(dòng)，而且很多時(shí)候都會(huì)這樣做，這樣就可以節(jié)省一兩美元的所有元件?！?/p>

大多數(shù)LED - 司機(jī)制造商正試圖讓照明設(shè)計(jì)師更容易，他們經(jīng)常要處理整個(gè)系統(tǒng)的盒子設(shè)計(jì)。 Legates表示，從歷史上看，照明一直專注于機(jī)械方面 - 視覺(jué)和建筑方面的光線如何。 “他們實(shí)際上只是插入一個(gè)燈泡，現(xiàn)在他們被要求了解DC-DC轉(zhuǎn)換器，EMI和PCB板，所有這些他們從未處理過(guò)的事情。因此，對(duì)于他們中的許多人來(lái)說(shuō)，這非常符合他們的要素，因此這就是服務(wù)和專業(yè)知識(shí)的用武之地?！?/p>

易于設(shè)計(jì)的設(shè)備的一個(gè)例子是英飛凌的ILD6070 DC/DC LED驅(qū)動(dòng)器靈活的調(diào)光選項(xiàng)。數(shù)據(jù)表提供了一個(gè)表格指南，用于選擇與器件配合使用的正確電感和電阻。此外，它具有很高的可擴(kuò)展性，可以處理一到十八個(gè)串聯(lián)的LED。它還具有98％的超高效率，并且由于其更高的頻率操作而成為小尺寸解決方案，因此可以使用更小的電感器。它還具有+/- 3％的高輸出電流精度和高達(dá)3000：1的對(duì)比度。

ILD6070的另一個(gè)關(guān)鍵特性是其先進(jìn)的熱控制。 Cartwright說(shuō)，它通過(guò)一個(gè)電阻器可以很容易地設(shè)置過(guò)熱保護(hù)。熱控制可以減少光輸出，而不是關(guān)閉整個(gè)系統(tǒng)，因此它可以在保持燈光的同時(shí)保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)然，如果它繼續(xù)變熱，它將根據(jù)電阻器編程的溫度曲線關(guān)閉。

許多供應(yīng)商使用片內(nèi)熱控制，但他們正在進(jìn)行簡(jiǎn)單的關(guān)機(jī)，Cartwright說(shuō)。 “如果它變得太熱，它會(huì)關(guān)閉?！?/p>

一些芯片可以減少光線，但他們必須使用外部熱敏電阻或NTC來(lái)實(shí)現(xiàn)，他補(bǔ)充道。相比之下，ILD6070具有內(nèi)部NTC，因此不會(huì)增加外部成本，并且可以使解決方案尺寸變小。

ILD6070的姊妹設(shè)備是ILD6150開(kāi)關(guān)模式DC/DC LED驅(qū)動(dòng)器。除輸出電流外，ILD6150和ILD6070基本相同。 Cartwright表示，6150最大輸出為1.5安培，6070最大輸出為700 mA，因此價(jià)格會(huì)便宜一些。評(píng)估板可用于ILD6150（EVALLED-ILD6150，圖1）和ILD6070（EVALLED-ILD6070）。

圖1：演示板英飛凌的60 V LED驅(qū)動(dòng)器ILD6150可用于評(píng)估。 ILD6150具有+/- 3％的高輸出電流精度，可提高色彩一致性。 （由英飛凌提供）

調(diào)光和色彩控制

隨著LED比傳統(tǒng)熒光燈和HID解決方案更高標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)光性能變得越來(lái)越重要，并且是大多數(shù)照明設(shè)計(jì)師關(guān)注的問(wèn)題，英飛凌的Cartwright表示。

“我們還對(duì)色彩控制提出了很多要求，這意味著可調(diào)光，有時(shí)還有3或4通道控制。這里的微控制器與驅(qū)動(dòng)器的精度一起發(fā)揮很大作用，因?yàn)楣馀c通過(guò)LED的電流直接相關(guān)。因此對(duì)電流的嚴(yán)格監(jiān)管非常重要，“Cartwright說(shuō)。”對(duì)于色彩控制或準(zhǔn)確性，如果人們正在混合冷卻和溫暖的LED，例如，為了給用戶提供可調(diào)節(jié)的色溫，驅(qū)動(dòng)器輸出的性能非常關(guān)鍵。為了獲得每種顏色的精確流明輸出，您通常使用微控制器（MCU），MCU也可以進(jìn)行直流到直流電源轉(zhuǎn)換以及所需的任何通信，“他說(shuō)?！?>

例如，英飛凌的XMC1200評(píng)估套件專為L(zhǎng)ED照明而開(kāi)發(fā)。該公司的即插即用DAVE工具是一個(gè)免費(fèi)的代碼生成開(kāi)發(fā)平臺(tái)，它將完成設(shè)計(jì)所需的所有計(jì)算。英飛凌推薦這款基于ARM的MCU用于大多數(shù)需要混色的低成本入門(mén)級(jí)照明應(yīng)用。

對(duì)于高端應(yīng)用，Linear的LT3744降壓LED驅(qū)動(dòng)器（其前身是LT3743）提供0到100％的調(diào)光和三種開(kāi)啟狀態(tài)，以及關(guān)閉狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)更好的色彩混合，從而獲得真實(shí)的色彩（圖2）。 Linear的Legates表示，最大的優(yōu)勢(shì)在于需要真正色彩表現(xiàn)的高端應(yīng)用，但他指出它需要大量校準(zhǔn)。

圖2：凌力爾特公司的LT3744降壓型LED驅(qū)動(dòng)器為混色應(yīng)用提供4態(tài)控制。它還可在不到2微秒的時(shí)間內(nèi)在兩個(gè)穩(wěn)定的LED電流之間實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)換，從而在RGB應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的色彩混合。 （由Linear Technology提供）

其他主要功能包括高達(dá)3000：1 PWM調(diào)光，20：1模擬調(diào)光，電壓和電流調(diào)節(jié)精度為+/- 3％，以及3.3 V至36 V輸入電壓范圍。 LT3744可以驅(qū)動(dòng)多達(dá)40個(gè)LED。

“如果你做錯(cuò)誤的PWM調(diào)光，它會(huì)在你從0調(diào)到100％時(shí)改變LED的顏色，”Legates說(shuō)。 “LED變暗的方式會(huì)影響LED的顏色和LED的光線質(zhì)量。使用LED驅(qū)動(dòng)器，我們總是考慮感知和可見(jiàn)光。他們不想看到閃爍。如果你連續(xù)打了十幾個(gè)，你會(huì)希望它們看起來(lái)都一樣。其中一個(gè)挑戰(zhàn)是使所有內(nèi)容都可重復(fù)，并且在光線顏色和亮度方面都保持一致?！?/p>

德州儀器采用與TPS92512 LED驅(qū)動(dòng)器不同的調(diào)光方法（圖3）。它具有兩個(gè)獨(dú)立的控制引腳，用于調(diào)光（PWM和模擬）。 “當(dāng)你有獨(dú)立控制時(shí)，你有很大的靈活性，就總對(duì)比度和光輸出而言，你可以從最大亮度幾乎降到零。兩者之間的步數(shù)更大，“TI的佩里說(shuō)。

圖3：德州儀器（TI）的TPS92512 LED驅(qū)動(dòng)器集成了MOSFET，提供兩路輸入 - 模擬和PWM調(diào)光 - 實(shí)現(xiàn)完全調(diào)光靈活性。模擬調(diào)整可用于校準(zhǔn)和/或熱折返保護(hù)。 （由德州儀器公司提供）

“如果平均一個(gè)性能良好的降壓LED驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)PWM實(shí)現(xiàn)500：1的調(diào)光比，并且模擬調(diào)光可以達(dá)到10：1到20：1，它就變成了乘數(shù)與使用這兩個(gè)控件的選項(xiàng)。因此，如果您有500：1和10：1，如果您能夠使用它們，則可以達(dá)到5000：1的對(duì)比度，“Perry解釋道。

除了PWM和模擬調(diào)光之外，TPS92512的主要規(guī)格包括高達(dá)95％的轉(zhuǎn)換效率，在所有工作溫度下最大輸出電流精度為+/- 5％，以及集成的200毫歐高側(cè)MOSFET。輸入電壓范圍為4.5至42伏，開(kāi)關(guān)頻率范圍為100 kHz至2 MHz。也可以使用TPS92512的評(píng)估板。