電子發(fā)燒友App
TOP1 低壓便攜設(shè)備LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)攻略
本文著重介紹半導(dǎo)體采用不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、用于低壓便攜設(shè)備背光或指示器應(yīng)用的各種白光或RGB LED驅(qū)動(dòng)器，并專門介紹了用于要求大電流能力的便攜設(shè)備閃光應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)器，以及集成了多種功能的照明管理集成電路和針對(duì)扣式電池優(yōu)化了的 LED驅(qū)動(dòng)器，方便工程師結(jié)合具體應(yīng)用選擇適合的產(chǎn)品。
白光LED廣泛用于小型液晶顯示器（LCD）面板及鍵盤背光以及指示器應(yīng)用。高亮度LED則用于手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)的閃光光源。這些應(yīng)用需要優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)器解決方案，能夠延長(zhǎng)電池使用時(shí)間、減小印制電路板（PCB）面積及高度。在這些應(yīng)用領(lǐng)域，常見(jiàn)的LED驅(qū)動(dòng)器方案涉及線性、電感型或電荷泵型不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各有其特點(diǎn)。例如，電感型方案總能效最佳;電荷泵方案由于使用低高度陶瓷電容，占用的電路板面積和高度極小; 線性方案非常適合色彩指示器以及簡(jiǎn)單的背光應(yīng)用。所有這三種類型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的LED驅(qū)動(dòng)器方案（參見(jiàn)圖1），滿足用戶不同的應(yīng)用需求。
圖1：低壓便攜設(shè)備應(yīng)用的不同LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示例
在電荷泵型方案方面，半導(dǎo)體提供支持不同調(diào)光類型的產(chǎn)品，如單模、雙模、三?；蛩?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/1180/" target="_blank">模電荷泵方案等，如CAT3200、 NCP5602、NCP5612、NCP5623、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3603、CAT3604、CAT3614、 NCP5603等。以NCP5623為例，這是一款采用 2.0 mm×2.0 mm×0.55 mm LLGA-12無(wú)鉛封裝的高能效LED驅(qū)動(dòng)器，帶有I2C接口，內(nèi)置漸進(jìn)調(diào)光功能，特別設(shè)計(jì)用于驅(qū)動(dòng)手機(jī)等便攜產(chǎn)品中的RGB LED裝飾光和增強(qiáng)型LCD背光。NCP5623實(shí)現(xiàn)94%峰值能效和低于1微安的待機(jī)電流，將便攜設(shè)備電池工作時(shí)間延至最長(zhǎng)。對(duì)典型應(yīng)用而言，該器件除了具備極小型IC封裝的優(yōu)勢(shì)之外，兼具僅需4個(gè)無(wú)源元件就能工作的特點(diǎn)。該器件還具備短路和過(guò)壓保護(hù)功能，在LED失效時(shí)保護(hù)系統(tǒng)。
在電感升壓型方案方面，安森美半導(dǎo)體提供采用PWM調(diào)光方式的不同產(chǎn)品，如輸出電流在20 mA到50 mA之間的CAT32、CAT37、CAT4137、CAT4139、CAT4237、CAT4238和NCP5005、NCP5010，以及提供更大輸出電流的CAT4240（250 mA）、NCP5050（600 mA）和NCP1422（800 mA）等。這些電感升壓型驅(qū)動(dòng)器適合在低壓便攜設(shè)備背光和閃光應(yīng)用中驅(qū)動(dòng)白光LED。
在線性背光驅(qū)動(dòng)器方案方面，安森美半導(dǎo)體提供2到 4個(gè)通道的多款單模LED驅(qū)動(dòng)器，如CAT4002A、CAT4002B、 CAT4003B、CAT4004A和CAT4004B等。這些背光驅(qū)動(dòng)器提供32級(jí)調(diào)光控制，提供25 mA的固定或可調(diào)節(jié)輸出電流和低于1 μA的極低關(guān)閉電流，而且沒(méi)有開(kāi)關(guān)電源噪聲問(wèn)題。這些單模LED驅(qū)動(dòng)器通常作為系統(tǒng)級(jí)方式的一部分，用于設(shè)計(jì)集成低電壓LED和簡(jiǎn)單LED驅(qū)動(dòng)器的背光電路。這些驅(qū)動(dòng)器電路簡(jiǎn)單，幫助延長(zhǎng)電池使用時(shí)間、降低成本（如節(jié)省外部電容）及降低噪聲，為入門級(jí)便攜產(chǎn)品及低成本手機(jī)市場(chǎng)提供一種簡(jiǎn)單的方案。
圖2：CAT4002B應(yīng)用電路圖。
專門用于相機(jī)閃光的LED驅(qū)動(dòng)器方案
值得一提的是，在相機(jī)閃光應(yīng)用中，除了可以使用NCP5005和CAT4134這樣的電感升壓型驅(qū)動(dòng)器，還可以使用NCP5680和 CAT3224這樣的電荷泵型驅(qū)動(dòng)器，從而支持高百萬(wàn)像素相機(jī)閃光，以及替代氙氣閃光，配合纖薄設(shè)計(jì)。其中，NCP5680和CAT3224均是基于超級(jí)電容的LED驅(qū)動(dòng)器，分別可提供10 A和4 A的大閃光電流。
實(shí)際上，如今的500萬(wàn)像素或更高分辨率的相機(jī)為了在弱光下拍得高分辨率的照片，需要高亮度的閃光。當(dāng)今的白光LED能夠提供這個(gè)等級(jí)的光能，但需要比相機(jī)電池能提供的能量高出近400%。以安森美半導(dǎo)體的NCP5680為例，這器件配合電池管理一顆超級(jí)電容來(lái)驅(qū)動(dòng)LED閃光至充分亮度，提供達(dá)10 A的大峰值電流。NCP5680中的集成驅(qū)動(dòng)器還管理超級(jí)電容，處理其它峰值功率功能，如變焦、自動(dòng)對(duì)焦、音頻、視頻、無(wú)線傳輸、GPS數(shù)據(jù)讀取及射頻 （RF）放大，延長(zhǎng)電池使用時(shí)間而不放棄纖薄型設(shè)計(jì)。NCP5680集成了超級(jí)電容充電、浪涌電流管理和LED電流控制所需的全部電路，節(jié)省設(shè)計(jì)人員的開(kāi)發(fā)時(shí)間、電路板空間及元器件成本。
圖3：業(yè)界首款單芯片4 A超級(jí)電容LED驅(qū)動(dòng)器CAT3224應(yīng)用電路圖。
CAT3224則是業(yè)界首款4 A單芯片超級(jí)電容LED驅(qū)動(dòng)器（見(jiàn)圖3），集成了雙模1x/2x電荷泵，提供三項(xiàng)關(guān)鍵功能：精密的超級(jí)電容充電控制、電流放電至LED閃光的管理，以及為 LED手電筒模式提供恒流。這三種模式的工作電流能以3顆外部電阻作簡(jiǎn)易編程，能吸收達(dá)4 A的LED閃光脈沖電流。超級(jí)電容技術(shù)的高峰值電流優(yōu)勢(shì)，結(jié)合CAT3224簡(jiǎn)單的并行邏輯接口，使這器件成為采用LED替代氙氣燈的應(yīng)用的極佳選擇。
其它新穎LED驅(qū)動(dòng)/控制器
在低壓便攜設(shè)備應(yīng)用方面，除了上述LED驅(qū)動(dòng)器，安森美半導(dǎo)體還提供其它一些新穎的產(chǎn)品，如NCP5890和CAT3661。其中，NCP5890是一款獨(dú)特的照明管理集成電路（LMIC），以3 mm x 3 mm x 0.5 mm的極小型封裝中集成了液晶顯示器（LCD）背光、裝飾光控制和環(huán)境光感測(cè)功能。
眾所周知，當(dāng)今的便攜電子產(chǎn)品很流行較大的LCD屏幕和LED照明效果。為了滿足所有這些照明要求，硬件設(shè)計(jì)人員通常需要采用數(shù)個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器。由于電路板空間有限，要實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的照明效果，通常需要大量的軟件編程和微控制器（MCU）資源。安森美半導(dǎo)體提供NCP5890這樣的更簡(jiǎn)單單芯片硅解決方案，具有多種以指令控制實(shí)現(xiàn)的照明效果，幫助硬件設(shè)計(jì)工程師滿足他們特定的照明和電源設(shè)計(jì)目標(biāo)。這款照明管理IC具有30 V輸出電壓能力，驅(qū)動(dòng)串聯(lián)LED，實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD屏幕的均衡背光。此外，這器件控制三組白光 LED或RGB LED，在鍵盤或底盤上營(yíng)造出裝飾光圖案，與背光形成獨(dú)特的組合。這驅(qū)動(dòng)器還根據(jù)環(huán)境光的亮度來(lái)調(diào)節(jié)背光電流，從而延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。NCP5890是緊湊型智能手機(jī)等應(yīng)用的專用解決方案。
圖4：針對(duì)扣式電池優(yōu)化的CAT3661 LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用電路圖。
如今，越來(lái)越多的創(chuàng)新型便攜設(shè)備采用扣式電池（coin cell）供電，如醫(yī)療應(yīng)用中的血糖儀、數(shù)字體溫計(jì)、血氧計(jì)、呼吸分析儀和生理監(jiān)測(cè)儀等。由于這種電池的獨(dú)特特性以及需要長(zhǎng)工作壽命，這些緊湊型應(yīng)用需要定制的LED驅(qū)動(dòng)器，不僅要管理背光，還要監(jiān)測(cè)電池電量。在這類應(yīng)用中，可以采用安森美半導(dǎo)體計(jì)劃于2010年下半年推出的CAT3661 2至2.5 V單LED驅(qū)動(dòng)器。這器件同樣采用安森美半導(dǎo)體專利的四模（Quad Mode）電荷泵架構(gòu)，能效高達(dá)92%，靜態(tài)電流低至約150 μA，提供可調(diào)節(jié)的低電池電量檢測(cè)功能，以及強(qiáng)固的LED故障監(jiān)測(cè)、軟啟動(dòng)和短路限制等保護(hù)功能，采用低高度的3 x 3 mm TQFN-16封裝，非常適合這些便攜設(shè)備應(yīng)用。
TOP2 內(nèi)置電源LED日光燈應(yīng)用電路設(shè)計(jì)方案
目前，幾乎市場(chǎng)上所有LED日光燈的電源都是采用內(nèi)置式。所謂內(nèi)置式就是指電源可以放在燈管里面。這種內(nèi)置式的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以做成直接替換現(xiàn)有的熒光燈管，而無(wú)需對(duì)原有電路作任何改動(dòng)。所以內(nèi)置式電源的形狀通常都是做成長(zhǎng)條形，以便塞進(jìn)半圓形的燈管中去。隔離式是指在輸入端和輸出端有隔離變壓器隔離，這種變壓器可能是工頻也可能是高頻的。但都能把輸入和輸出隔離起來(lái)?？梢员苊庥|電的危險(xiǎn)。也容易通過(guò)CE或UL認(rèn)證。
內(nèi)置電源LED日光燈的耗電
采用內(nèi)置式電源的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以直接替換現(xiàn)有熒光燈而不需要對(duì)原有的接線做任何改變。那么內(nèi)置式的這種優(yōu)點(diǎn)是不是也付出一定的代價(jià)呢？的確如此，而且這個(gè)代價(jià)還不小。這要從普通熒光燈的鎮(zhèn)流器結(jié)構(gòu)說(shuō)起：我們知道，最普通的熒光燈的起輝是采用一個(gè)串聯(lián)的鐵芯電感和一個(gè)并聯(lián)的起輝器（圖 3a）。對(duì)于這種電路在用LED日光燈直接替換時(shí)，只要拔掉起輝器就可以了。但是由于鐵芯電感仍然串聯(lián)在電路中，所以它仍然帶來(lái)將近 6.4W（Philip）到10W（國(guó)產(chǎn)）的損耗，結(jié)果由于這部分的額外損耗就大大降低了LED的節(jié)電功效。例如，本來(lái)一個(gè)20W的LED日光燈可以取代一個(gè)36W的熒光燈，以內(nèi)置非隔離式的20W LED日光燈為例，實(shí)測(cè)結(jié)果如下。
（b）電子鎮(zhèn)流器
圖3. 熒光燈電源電路圖
也就是說(shuō)，直接換的結(jié)果是效率大大降低，對(duì)于國(guó)產(chǎn)電感鎮(zhèn)流器，效率只有56.2%。只比普通熒光燈節(jié)電6.8W。這使得LED日光燈的節(jié)電效能大打折扣，以致合同能源管理（EMC）難以執(zhí)行。
散熱和壽命
這種半圓柱的表面積為：2πR*h/2=πR*h。對(duì)于T8燈管來(lái)說(shuō)，它的直徑為26mm，所以半徑為13mm。1.2米的T8燈管，其表面積為：π*1.3+120=490cm2，我們知道LED散熱器的表面積通常要求60cm2/W。，所以這種半鋁管只能散8W左右的熱量。而T8型 LED日光燈通常輸入功率為20W，假定LED的發(fā)光效率只有20%，那么有16W的輸入電功率都變成熱量。而現(xiàn)在只能散去8W的熱量，而還有8W的熱量無(wú)法散去，其結(jié)果就是使得LED的結(jié)溫升高，壽命縮短。
不僅如此，由于電源內(nèi)置，電源的熱量也就加入到管內(nèi)，假定電源的效率為88％，所以就有2.4W的熱量也要散去，相當(dāng)于又要增加30％的熱量，也就是說(shuō)一共有10.4W的功率無(wú)法散發(fā)出去。使得LED的散熱又增加的一份困難，或者說(shuō)，使得LED的使用壽命也更加縮短。而且，電源的長(zhǎng)度大約為燈管長(zhǎng)度的五分之一，電源所發(fā)的熱也集中在這一段里面，使得靠近電源的這些LED受到更熱的烘烤，因而壽命也比其他地方的LED更短，燈管在損壞時(shí)，靠近電源的一段先黑掉。可以認(rèn)為，內(nèi)置電源的LED日光燈的壽命不會(huì)高于10，000小時(shí)。而且把電源放到管子里面，電源本身還要承受由LED產(chǎn)生的很高的環(huán)境溫度，這就大大降低了電源里的電解電容的壽命，也就降低了整個(gè)燈具的壽命。
使用成本
因?yàn)閮?nèi)置電源的LED日光燈壽命只有10，000小時(shí)，和外置電源的50，000小時(shí)相比，其使用成本顯然高了5倍。不僅如此，在使用過(guò)程中，不管是 LED損壞了，還是電源損壞了，通常兩個(gè)都要一起丟棄。而外置式電源的LED日光燈，則可以壞了哪個(gè)丟哪個(gè)。此外，內(nèi)置電源式也增加了電子垃圾的回收處理的成本。因?yàn)楸仨毎央娫床糠植鸪鰜?lái)再分別處理。外置式電源，不僅效率高、壽命長(zhǎng)，而且還可以增加手動(dòng)調(diào)光或自動(dòng)調(diào)光等特殊功能，這些都是內(nèi)置式所無(wú)法比擬的！可以認(rèn)為，內(nèi)置式的缺點(diǎn)和問(wèn)題是很嚴(yán)重的，遺憾的是，有些人只是貪圖它在購(gòu)買時(shí)可能便宜10%，而不顧其使用成本高5倍以上。真可謂是為小失大，得不償失！
LED電源次級(jí)恒流經(jīng)典電路TOP6
本文就對(duì)LED照明電源當(dāng)中次級(jí)恒流的一些常見(jiàn)方法進(jìn)行了總結(jié)。LED驅(qū)動(dòng)電源將直接決定LED燈的可靠性與壽命，作為電源工程師，我們知道LED的特性需要恒流驅(qū)動(dòng)，才能保證其亮度的均勻，長(zhǎng)期可靠的發(fā)光?！∈紫任覀兿葋?lái)談?wù)劚容^流行的TL431的幾種恒流方式。
單個(gè)TL431恒流電路
如上圖，即是利用單個(gè)TL431恒流的示意圖。這種電路的原理非常簡(jiǎn)單，主要利用了431的2.495V的基準(zhǔn)來(lái)做恒流，并且同樣限制了LED上面的壓降，但優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)同樣明顯。
優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，元器件少，成本低，因?yàn)門L431的基準(zhǔn)電壓精度高，R12，T13只要采高精度電阻，恒流精度比較高。
缺點(diǎn)：由于TL431是2.5V基準(zhǔn)，故恒流取樣電路的損耗極大，不適合做輸出電流過(guò)大的電源。而此電路的致命缺陷是不能空載，故不適合做外置式的LED電源，所以下面我們對(duì)線路的一些缺陷進(jìn)行了改進(jìn)。
單個(gè)TL431恒流改進(jìn)型電路
如上圖，即是利用單個(gè)TL431恒流的改進(jìn)型示意圖
原理：此電路同樣是利用了TL431的2.495V的基準(zhǔn)來(lái)做恒流，跟上面的電路不同點(diǎn)在于減少了電流取樣電路的電壓，只要合計(jì)設(shè)計(jì)R12，R13，R14的值，可以限制LED上面的壓降。
優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，元器件少，成本低，跟上面電路相比，顯著降低了取樣電阻的功耗，恒流精度很高，克服了上面的電路不能空載的致命缺陷，當(dāng)有個(gè)別LED擊穿時(shí)，可以自動(dòng)調(diào)整輸出電壓。
缺點(diǎn)：當(dāng)輸出空載時(shí)，輸出電壓會(huì)有上升，上升幅度由電流取樣電路電阻與R12，R13的比值決定。
其實(shí)這個(gè)電路的真正缺點(diǎn)是：當(dāng)單個(gè)LED的壓降一致性不高時(shí)，恒流點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化。比如最常見(jiàn)的12串的LED燈，最低壓降為35.5V左右，最高回到37.4V左右（個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)然不同廠家的情況會(huì)不一樣），那么恒流精度就會(huì)相差到5%-8%。
TOP3 兩個(gè)TL431恒流電路
從圖中我們可以看到，左邊ZENER可透過(guò)Photo限制達(dá)恒壓效果，但不是保護(hù)Shutdown而是一直卡著右邊ZENER。很難灌350mA到Currentsensor。這個(gè)電路還有個(gè)最大特點(diǎn)是：在某個(gè)范圍內(nèi)可以精確的恒壓恒流。
3個(gè)TL431恒流電路
其實(shí)這個(gè)電路是在原本電路基礎(chǔ)上增加了一個(gè)恒壓電路而已。
三極管恒流方案
此圖原理是通過(guò)改變?nèi)龢O管的IB電流來(lái)控制LED中的電流，同樣存在損耗大的缺點(diǎn)。
LM358恒流電路
此電路的優(yōu)點(diǎn)是電路相對(duì)比較簡(jiǎn)單，恒流精度極高，不受溫度影響，成本較低，是目前大部分廠家使用的經(jīng)典電路，你把它看成一個(gè)反向比例運(yùn)算放大器就明白妙處了。其實(shí)LED電源的次級(jí)恒流的變化是比較多的，在這里為大家列舉的電路也許并不完全，只是挑選了一些比較經(jīng)典的電路來(lái)進(jìn)行分析。
TOP4 LED直接驅(qū)動(dòng)電路防護(hù)應(yīng)用設(shè)計(jì)攻略
LED燈具有高效、可靠、低耗能等特點(diǎn)，有著非常廣泛的用途，常用來(lái)做照明、顯示、信號(hào)燈等等。 但由于LED使用環(huán)境的復(fù)雜性，尤其是當(dāng)LED是用在戶外時(shí)，其驅(qū)動(dòng)電路非常容易遭受到過(guò)電壓和過(guò)電流的沖擊而造成故障或損壞，引發(fā)不必要的財(cái)產(chǎn)損失甚至是人員傷亡，因此在設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路時(shí)必須要充分考慮并做好保護(hù)措施，從而提高電路的可靠性，降低故障發(fā)生率， 下面就LED驅(qū)動(dòng)電路的防護(hù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。
LED驅(qū)動(dòng)電路一般由幾個(gè)部分構(gòu)成， 包括AC輸入、整流，、DC/DC轉(zhuǎn)換、等模塊， 根據(jù)各個(gè)模塊電壓和電流及可能遭受到的浪涌情況的不同需要分開(kāi)來(lái)做有針對(duì)的防護(hù)。
1、LED驅(qū)動(dòng)電路浪涌保護(hù)應(yīng)用
在交流電源AC輸入端浪涌保護(hù)方案，可以采用壓敏電阻（MOV） 或加氣體放電管（GDT/SPG）組合來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在有接地的情況下，可以采用如圖1差共模同時(shí)防護(hù)的理念，在L-N之間并聯(lián)壓敏電阻（MOV），可以有效地抑制差模所產(chǎn)生的浪涌過(guò)電壓，起到對(duì)后級(jí)電路保護(hù)，在L/N-PE之間分別采用MOV 或MOV+GDT/SPG對(duì)地的電路連接方式可以有效的將共模浪涌能量泄放到大地， 防止浪涌引入到后級(jí)電路而造成損壞;如果在電源沒(méi)有接地線情況下，如圖2則在L-N線間可直接并聯(lián)壓敏電阻進(jìn)行差模防護(hù)即可。為了避勉MOV保護(hù)元件在防護(hù)失效之后，出現(xiàn)短路失效著火燃燒的可能性，可以使用TMOV或PMOV進(jìn)行保護(hù)。針對(duì)上面 MOV交流耐受電壓選擇至少要高于線路最大交流工作電壓1.2~1.4倍，以避勉誤動(dòng)作，在有同時(shí)使用放電管GDT/SPG時(shí)，放電管擊穿電壓的下限值必須至少高于電路的最大峰值電壓，耐受電流必須根據(jù)自身浪涌等級(jí)的需求選擇不同電流等級(jí)，以符合于浪涌測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的要求。
2、AC/DC后防護(hù)電路示意圖
在有交流經(jīng)過(guò)整流后，后端直流電路中的芯片對(duì)過(guò)壓和過(guò)流非常敏感，芯片易受損壞，如圖3所示，經(jīng)整流之后并聯(lián)瞬態(tài)抑制二極管TVS， 在有過(guò)壓產(chǎn)生時(shí)，TVS會(huì)以皮秒級(jí)的反應(yīng)速度動(dòng)作而把過(guò)高電壓鉗制在一個(gè)安全的范圍內(nèi)，從而保護(hù)后端芯片免受過(guò)壓的沖擊。異常電流可以通過(guò)在電路中設(shè)計(jì)自恢復(fù)保險(xiǎn)絲PPTC進(jìn)行防護(hù)，PPTC在過(guò)流產(chǎn)生時(shí)阻抗能迅速的變大，從而有效地阻斷異常電流，直至故障排除PPTC就可繼續(xù)恢復(fù)低阻狀態(tài)，使電路能繼續(xù)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。TVS選用時(shí)截止電壓一般為正常工作電壓峰值的1.2~1.4倍即可，TVS功率大小要根據(jù)過(guò)壓的能量選擇合適的等級(jí)。PPTC選擇要結(jié)合電路工作電流及電壓進(jìn)行參考以及環(huán)境溫度也是影響PPTC選擇一個(gè)重要關(guān)鍵指標(biāo)，PPTC的保持電流會(huì)隨著應(yīng)用環(huán)境溫度的升高而降低。PPTC在電路中的位置一般串聯(lián)在TVS前端，這樣PPTC不僅可以對(duì)電路芯片有效的起到保護(hù)作用同時(shí)又可以對(duì)TVS管起到一定保護(hù)作用，可以大大的提高TVS管的使用壽命。
3、LED直接驅(qū)動(dòng)電路防護(hù)示意圖
LED發(fā)光的亮度是由通過(guò)LED的電流大小來(lái)控制， 不穩(wěn)定的電流又極易燒壞LED，如圖4在DC/DC模塊后可以在電路中串聯(lián)恒流二極管來(lái)獲得穩(wěn)定的電流，，這樣不僅可以使LED獲得穩(wěn)定的亮度，，又不至于因電流的不穩(wěn)定而燒壞LED。低功率的LED燈工作電流一般為10mA到30mA，大功率的LED燈工作電流從200mA到1400mA不等，可以根據(jù)所需要的工作電流選擇型號(hào)合適的恒流二極管。由于LED燈也易遭受到靜電放電過(guò)壓的干擾受損， 因此DC/DC電路后端的LED燈也需要做一定的有效過(guò)壓防護(hù)，一般采用TVS管就可以。
4、LED燈串起防護(hù)示意圖
當(dāng)多個(gè)的LED燈通過(guò)串聯(lián)的方式進(jìn)行連接時(shí)， 如圖5所示，一旦出現(xiàn)LED燈出現(xiàn)失效開(kāi)路故障，整個(gè)LED燈都會(huì)因?yàn)榇斯收隙绊懙狡渌麹ED燈正常工作，為了解決這個(gè)問(wèn)題， 可以針對(duì)每個(gè)LED燈上并聯(lián)一個(gè)防開(kāi)路的LED保護(hù)器件Tx，這樣就可充分的提高每個(gè)LED的使用效率，當(dāng)單個(gè)LED出現(xiàn)失效開(kāi)路故障時(shí)， 與之并聯(lián)的LED開(kāi)路保護(hù)器件Tx會(huì)立即導(dǎo)通， 使之可持續(xù)的維持處于通態(tài)，從而保證了電路中其它串聯(lián)的LED不因單顆LED的開(kāi)路故障而熄滅，但此防護(hù)措施成本相對(duì)比較高。
綜上所述， LED驅(qū)動(dòng)電路一般由AC輸入、整流，、DC/DC轉(zhuǎn)換、等模塊組成，從而一個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電路大致整體的防護(hù)方案可以參考如圖6所示：
圖6 LED驅(qū)動(dòng)電源整體防護(hù)示意圖
在實(shí)際應(yīng)用中，浪涌保護(hù)元件型號(hào)的選擇與電路的工作電壓電流，電路要做的雷擊浪涌測(cè)試等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，工作環(huán)境， 芯片的參數(shù)等諸多因素有著密切的關(guān)系， 因此在考慮和設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路防護(hù)時(shí)，必須要進(jìn)行綜合的考量分析，才能有針對(duì)性的設(shè)計(jì)出比較合理的防護(hù)方案。
TOP5 采用LM836的LED數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路原理分析
如下圖所示為數(shù)碼顯示日歷時(shí)鐘電路。它能同時(shí)顯示月、日、時(shí)、分、秒和星期，月、日、星期自動(dòng)轉(zhuǎn)換，每天可定鬧2次，有59min以內(nèi)的睡眠定時(shí)功能。該日歷時(shí)鐘走時(shí)準(zhǔn)確，調(diào)校方便，夜間看時(shí)清楚，制作容易。
工作原理：
該電路的核心IC1是一片PMOS大規(guī)模集成電路LM8364。4腳為12/24小時(shí)制選擇端，高電平為24小時(shí)制。6腳懸空時(shí)應(yīng)從7腳輸入60Hz時(shí)基信號(hào)，接高電平時(shí)應(yīng)從7腳輸入50Hz時(shí)基信號(hào)。5、8、9、10、11、12、14、16、18腳分別接高電平時(shí)，可實(shí)現(xiàn)其相應(yīng)的功能。當(dāng)鬧或睡眠定時(shí)信號(hào)到來(lái)時(shí)，17腳、42腳或15腳輸出的是可持續(xù)59min的高電平信號(hào)，控制VT4，再由VT4控制蜂鳴器。當(dāng)然VT4也可控制其他電路（如繼電器，收音機(jī)）。2、3、20～41腳可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管作顯示。這些引腳除了能輸出“時(shí)分”信號(hào)外，還能輸出“月日”和“秒”信號(hào)，這些引腳是公用的。把 5腳和10腳同時(shí)接高電平，將在“時(shí)分”輸出端輸出電路“月日”；把10腳接高電平5腳接低電平，將在“分”輸出端輸出“秒”，圖中的IC2是一片 COMS十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分配器集成電路CD4017，就是為IC1的5腳、10腳適時(shí)提供高電平的，這樣IC1就快速反復(fù)地輸出月日、時(shí)分、秒信號(hào)。IC2 還控制著VTl～VT3，使數(shù)碼管顯示某一內(nèi)容時(shí)其他內(nèi)容不顯示。由于人眼的視覺(jué)暫留現(xiàn)象，將觀察不到數(shù)碼管的閃爍，看到的是月日時(shí)分秒同時(shí)顯示。IC2 還起到調(diào)校選擇的作用。按下AN1，顯示內(nèi)容將被鎖定（隨機(jī)性的），顯示內(nèi)容就是當(dāng)前可調(diào)校的內(nèi)容。反復(fù)按下AN1，可選擇需要調(diào)校的內(nèi)容。IC3是一片 CMOS14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)分頻和振蕩集成電路CD4060，以它為核心構(gòu)成時(shí)基信號(hào)發(fā)生電路，分別給IC1和IC2提供60Hz和240Hz的時(shí)基信號(hào)。該電路決定時(shí)鐘走時(shí)精度，可微調(diào)C2，使日誤差在0.3s之內(nèi)。若要進(jìn)一步提高走時(shí)精度，應(yīng)穩(wěn)定IC3的工作電壓；或采用其他50Hz或60Hz時(shí)基信號(hào)發(fā)生電路，使用諧振頻率更高的晶振。
以IC4的CD4017為核心構(gòu)成星期顯示電路。IC4的時(shí)基信號(hào)（天）由IC1的42腳（鬧 2）提供，它的復(fù)位端（15端）接第7個(gè)輸出端（6腳），這樣當(dāng)IC1的42腳輸出高電平時(shí)，IC4的輸出端3、2、4、7、10、1、5腳依次變?yōu)楦唠娖?，直接?qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示星期。在該電路中，星期天的顯示沒(méi)有用3腳的高電平，而是由電源經(jīng)電阻R3限流后提供電流，這樣表示星期天的LED就一直亮著，提供參照物，使夜晚看星期更方便準(zhǔn)確。由于IC1的鬧2時(shí)間往往不設(shè)置在零點(diǎn)，所以星期的轉(zhuǎn)換可能會(huì)滯后幾小時(shí)，但對(duì)使用沒(méi)有大的影響。若每天需定鬧 2次，須將鬧2設(shè)置在鬧1之前；若每天只需定鬧1次，那么正好把鬧2設(shè)置在零點(diǎn)，斷開(kāi)R10，用鬧2來(lái)根供準(zhǔn)確的顯示星期用時(shí)基信號(hào)，只用鬧1來(lái)實(shí)現(xiàn)定鬧功能。
當(dāng)交流供電中斷時(shí)，由電池繼續(xù)給IC1、IC3、IC4供電，定時(shí)、計(jì)時(shí)功能保持，但I(xiàn)C2停止工作，VT1、VT2、VT3截止，LED顯示部分不亮，這樣可以延長(zhǎng)電池供電時(shí)間。在用交流供電時(shí)，可通過(guò)R1給電池充電。
元器件選擇：
集成電路IC1選擇LM8364，IC2選擇CD4017B，IC3選擇CD4060B，IC4選擇CD4017B。三極管要選用NPN型的，放大倍數(shù)大些為好。顯示用的10個(gè)LED數(shù)碼管和9個(gè)發(fā)光二極管應(yīng)選用高亮或超高亮度型的，數(shù)碼管選用共陰極型的。顏色及尺寸大小可根據(jù)自已的愛(ài)好選用。例如：顯示日期用綠色0.8英寸數(shù)碼管，顯示時(shí)間用0.8英寸紅色數(shù)碼管，顯示秒用0.56英寸紅色數(shù)碼管，發(fā)光二極管中心一個(gè)選用紅色，環(huán)形6個(gè)選用綠色，兩個(gè)選用黃色二極管。電池可選用3.6V60mAh的鎳鎘電池。蜂鳴器應(yīng)選用7.5V或9V小型的。8個(gè)按鈕可直接選用電視選臺(tái)用的8位自鎖開(kāi)關(guān) （須去掉彈簧，使之失去自鎖功能）。變壓器應(yīng)選用功率3W次級(jí)交流電壓是9V的。
LED驅(qū)動(dòng)照明電源電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)詳解
圖 1顯示了三種基本的電源拓?fù)涫纠?。在圖1中，降壓穩(wěn)壓器會(huì)通過(guò)改變MOSFET的開(kāi)啟時(shí)間來(lái)控制電流進(jìn)入LED。電流感應(yīng)可通過(guò)測(cè)量電阻器兩端的電壓獲得，其中該電阻器應(yīng)與LED串聯(lián)。對(duì)該方法來(lái)說(shuō)，重要的設(shè)計(jì)難題是如何驅(qū)動(dòng) MOSFET。從性價(jià)比的角度來(lái)說(shuō)，推薦使用需要浮動(dòng)柵極驅(qū)動(dòng)的N通道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）。這需要一個(gè)驅(qū)動(dòng)變壓器或浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路（其可用于維持內(nèi)部電壓高于輸入電壓）。
圖1還顯示了備選的降壓穩(wěn)壓器。在此電路中，MOSFET對(duì)接地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而大大降低了驅(qū)動(dòng)電路要求。該電路可選擇通過(guò)監(jiān)測(cè)FET電流或與LED串聯(lián)的電流感應(yīng)電阻來(lái)感應(yīng)LED電流。后者需要一個(gè)電平移位電路來(lái)獲得電源接地的信息，但這會(huì)使簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)復(fù)雜化。另外，圖1中還顯示了一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可在輸出電壓總是大于輸入電壓時(shí)使用。由于MOSFET對(duì)接地進(jìn)行驅(qū)動(dòng)并且電流感應(yīng)電阻也采用接地參考，因此此類拓?fù)湓O(shè)計(jì)起來(lái)就很容易。該電路的一個(gè)不足之處是在短路期間，通過(guò)電感器的電流會(huì)毫無(wú)限制。您可以通過(guò)保險(xiǎn)絲或電子斷路器的形式來(lái)增加故障保護(hù)。此外，某些更為復(fù)雜的拓?fù)湟部商峁┐祟惐Ｗo(hù)。
圖 2顯示了兩款降壓-升壓型電路，該電路可在輸入電壓和輸出電壓相比時(shí)高時(shí)低時(shí)使用。兩者具有相同的折衷特性（其中折衷可在有關(guān)電流感應(yīng)電阻和柵極驅(qū)動(dòng)位置的兩個(gè)降壓型拓?fù)渲酗@現(xiàn)）。圖2中的降壓-升壓型拓?fù)滹@示了一個(gè)接地參考的柵極驅(qū)動(dòng)。它需要一個(gè)電平移位的電流感應(yīng)信號(hào)，但是該反向降壓-升壓型電路具有一個(gè)接地參考的電流感應(yīng)和電平移位的柵極驅(qū)動(dòng)。如果控制IC與負(fù)輸出有關(guān)，并且電流感應(yīng)電阻和LED可交換，那么該反向降壓-升壓型電路就能以非常有用的方式進(jìn)行配置。適當(dāng)?shù)目刂艻C，就能直接測(cè)量輸出電流，并且MOSFET也可被直接驅(qū)動(dòng)
該降壓-升壓方法的一個(gè)缺陷是電流相當(dāng)高。例如，當(dāng)輸入和輸出電壓相同時(shí)，電感和電源開(kāi)關(guān)電流則為輸出電流的兩倍。這會(huì)對(duì)效率和功耗產(chǎn)生負(fù)面的影響。在許多情況下，圖3中的“降壓或升壓型”拓?fù)鋵⒕徍瓦@些問(wèn)題。在該電路中，降壓功率級(jí)之后是一個(gè)升壓。如果輸入電壓高于輸出電壓，則在升壓級(jí)剛好通電時(shí)，降壓級(jí)會(huì)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。如果輸入電壓小于輸出電壓，則升壓級(jí)會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)而降壓級(jí)則通電。通常要為升壓和降壓操作預(yù)留一些重疊，因此從一個(gè)模型轉(zhuǎn)到另一模型時(shí)就不存在靜帶。
當(dāng)輸入和輸出電壓幾乎相等時(shí)，該電路的好處是開(kāi)關(guān)和電感器電流也近乎等同于輸出電流。電感紋波電流也趨向于變小。即使該電路中有四個(gè)電源開(kāi)關(guān)，通常效率也會(huì)得到顯著的提高，在電池應(yīng)用中這一點(diǎn)至關(guān)重要。圖3中還顯示了SEPIC拓?fù)?，此類拓?fù)湟筝^少的FET，但需要更多的無(wú)源組件。其好處是簡(jiǎn)單的接地參考FET驅(qū)動(dòng)器和控制電路。此外，可將雙電感組合到單一的耦合電感中，從而節(jié)省空間和成本。但是像降壓-升壓拓?fù)湟粯?，它具有比“降壓或升壓”和脈動(dòng)輸出電流更高的開(kāi)關(guān)電流，這就要求電容器可通過(guò)更大的RMS電流。
出于安全考慮，可能規(guī)定在離線電壓和輸出電壓之間使用隔離。在此應(yīng)用中，最具性價(jià)比的解決方案是反激式轉(zhuǎn)換器（請(qǐng)參見(jiàn)圖4）。它要求所有隔離拓?fù)涞慕M件數(shù)最少。變壓器匝比可設(shè)計(jì)為降壓、升壓或降壓-升壓輸出電壓，這樣就提供了極大的設(shè)計(jì)靈活性。但其缺點(diǎn)是電源變壓器通常為定制組件。此外，在FET以及輸入和輸出電容器中存在很高的組件應(yīng)力。在穩(wěn)定照明應(yīng)用中，可通過(guò)使用一個(gè)“慢速”反饋控制環(huán)路（可調(diào)節(jié)與輸入電壓同相的LED電流）來(lái)實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正 （PFC）功能。通過(guò)調(diào)節(jié)所需的平均LED電流以及與輸入電壓同相的輸入電流，即可獲得較高的功率因數(shù)。
調(diào)光技術(shù)
需要對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光是一件很平常的事。例如，可能需要調(diào)節(jié)顯示屏或調(diào)節(jié)建筑燈的亮度。實(shí)現(xiàn)此操作的方式有兩種：即降低LED電流或快速打開(kāi)LED再關(guān)閉，然后使眼睛最終得到平衡。因?yàn)楣廨敵霾⒎峭耆c電流呈線性關(guān)系，因此降低電流的方法效率最低。此外，LED色譜通常會(huì)在電流低于額定值時(shí)發(fā)生改變。請(qǐng)記住：人對(duì)亮度的感知成指數(shù)倍增，因此調(diào)光就需要電流出現(xiàn)更大的百分比變動(dòng)。因?yàn)樵谌娏飨拢?%的調(diào)節(jié)誤差由于電路容差緣故可在10%的負(fù)載下放大成 30%甚至更大的誤差，因此這會(huì)對(duì)電路設(shè)計(jì)產(chǎn)生重大的影響。盡管存在響應(yīng)速度問(wèn)題，但通過(guò)脈寬調(diào)制（PWM）來(lái)調(diào)節(jié)電流仍更為精確。當(dāng)照明和顯示時(shí)，需要 100Hz以上的PWM才能使人眼不會(huì)察覺(jué)到閃爍。10%的脈沖寬度處于毫秒范圍內(nèi)，并且要求電源具有高于10kHz以上的帶寬。
如表2所示，在許多應(yīng)用中使用LED正變得日益普遍。它將會(huì)采用各種電源拓?fù)鋪?lái)為這些應(yīng)用提供支持。通常，輸入電壓、輸出電壓和隔離需求將規(guī)定正確的選擇。在輸入電壓與輸出電壓相比總是時(shí)高時(shí)低時(shí)，采用降壓或升壓可能是顯而易見(jiàn)的選擇。但是，當(dāng)輸入和輸出電壓的關(guān)系并非如此受抑制時(shí)，該選擇就變的更加困難，需要權(quán)衡許多因素，其中包括效率、成本和可靠性。
TOP6 電容降壓LED驅(qū)動(dòng)電源電路TOP4
采用電容降壓電路是一種常見(jiàn)的小電流電源電路，由于其具有體積小﹑成本低﹑電流相對(duì)恒定等優(yōu)點(diǎn)，也常應(yīng)用于LED的驅(qū)動(dòng)電路中。
圖一 為一個(gè)實(shí)際的采用電容降壓的LED驅(qū)動(dòng)電路：請(qǐng)注意，大部分應(yīng)用電路中沒(méi)有連接壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管，建議連接上，因壓敏電阻或瞬變電壓抑制晶體管能在電壓突變瞬間（ 如雷電﹑大用電設(shè)備起動(dòng)等 ）有效地將突變電流泄放，從而保護(hù)二級(jí)關(guān)和其它晶體管，它們的響應(yīng)時(shí)間一般在微毫秒級(jí) 。
電路工作原理：
電容C1的作用為降壓和限流：大家都知道，電容的特性是通交流﹑隔直流，當(dāng)電容連接于交流電路中時(shí)，其容抗計(jì)算公式為：XC = 1/2πf C
式中﹐XC 表示電容的容抗﹑f 表示輸入交流電源的頻率﹑C 表示降壓電容的容量。 流過(guò)電容降壓電路的電流計(jì)算公式為：I = U/XC
式中 I 表示流過(guò)電容的電流﹑U 表示電源電壓﹑XC 表示電容的容抗，在220V﹑50Hz的交流電路中，當(dāng)負(fù)載電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于220V時(shí)，電流與電容的關(guān)系式為﹕I = 69C 其中電容的單位為uF，電流的單位為mA在220V﹑50Hz的交流電路中，理論電流與實(shí)際測(cè)量電流的比較電阻R1為泄放電阻，其作用為：當(dāng)正弦波在最大峰值時(shí)刻被切斷時(shí)，電容C1上的殘存電荷無(wú)法釋放，會(huì)長(zhǎng)久存在，在維修時(shí)如果人體接觸到C1 的金屬部分，有強(qiáng)烈的觸電可能，而電阻R1的存在，能將殘存的電荷泄放掉，從而保證人﹑機(jī)安全。泄放電阻的阻值與電容的大小有關(guān)，一般電容的容量越大，殘存的電荷就越多，泄放電阻就阻值就要選小些。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表，供設(shè)計(jì)時(shí)參考：D1 ~ D4的作用是整流；其作用是將交流電整流為脈動(dòng)直流電壓。C2﹑C3的作用為濾波；其作用是將整流后的脈動(dòng)直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓壓敏電阻（ 或瞬變電壓抑制晶體管 ）的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對(duì)地泄放掉；從而保護(hù)LED不被瞬間高壓擊穿。LED串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷海?Vf ）而定，在220V AC電路中；最多可以達(dá)到80個(gè)左右。
組件選擇：電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值，在 220V，50Hz的交流電路中時(shí)，可以選擇耐壓為400伏以上的滌綸電容或紙介質(zhì)電容。D1 ~D4 可以選擇IN4007。濾波電容C2﹑C3的耐壓根據(jù)負(fù)載電壓而定，一般為負(fù)載電壓的1.2倍。其電容容量視負(fù)載電流的大小而定。
下列電路圖為其它形式的電容降壓驅(qū)動(dòng)電路，供設(shè)計(jì)時(shí)參考：
在圖 二 電路中，可控硅SCR及R3組成保護(hù)電路，當(dāng)流過(guò)LED的電流大于設(shè)定值時(shí)，SCR導(dǎo)通一定的角度，從而對(duì)電路電流進(jìn)行分流，使LED工作于恒流狀態(tài)﹐從而避免LED因瞬間高壓而損壞。
在圖三電路中，C1﹑R1﹑壓敏電阻﹑L1﹑R2組成電源初級(jí)濾波電路，能將輸入瞬間高壓濾除，C2﹑R2組成降壓電路，C3﹑C4﹑L2﹑及壓敏電阻組成整流后的濾波電路。此電路采用雙重濾波電路，能有效地保護(hù)LED不被瞬間高壓擊穿損壞。
圖四 是一個(gè)最簡(jiǎn)單的電容降壓應(yīng)用電路，電路中利用兩只反并聯(lián)的LED對(duì)降壓后的交流電壓進(jìn)行整流，可以廣泛應(yīng)用于夜光燈﹑按鈕指示燈，要求不高的位置指示燈等場(chǎng)合。
解讀LT3743的LED驅(qū)動(dòng)新型調(diào)光經(jīng)典電路
LT3743 實(shí)現(xiàn)了超快的大電流 LED 上升時(shí)間，并提供了準(zhǔn)確的電流調(diào)節(jié)。由于它具備支持多種電流狀態(tài)的能力，因此通過(guò)實(shí)現(xiàn) LED 彩色的簡(jiǎn)易混合而滿足了高性能影院級(jí) DLP 投影機(jī)的要求。除了速度以外，通過(guò)允許使用一個(gè)緊湊型低值電感器，LT3743 的開(kāi)關(guān)電容拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還縮減了電路板的外形尺寸。其他特點(diǎn)包括開(kāi)關(guān)周期同步、過(guò)壓保護(hù)、高效率以及輕松適應(yīng)各種應(yīng)用需求的能力。
LT3743 是一款同步降壓型 DC/DC 控制器，它運(yùn)用固定頻率、平均電流模式控制，以通過(guò)一個(gè)與電感器相串聯(lián)的檢測(cè)電阻器準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)電感器電流。在一個(gè) 0V 至“低于輸入電壓軌 2V”的輸出電壓范圍內(nèi)，LT3743 能夠以 ±6% 的準(zhǔn)確度來(lái)調(diào)節(jié)任意負(fù)載中的電流。過(guò)把準(zhǔn)確的模擬調(diào)光與 PWM 調(diào)光組合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)、寬范圍的 LED 電流控制。模擬調(diào)光通過(guò) CTRL_L、CTRL_H 和 CTRL_T 引腳來(lái)控制；PWM 調(diào)光則通過(guò) PWM 和 CTRL_SEL 引腳來(lái)控制。通過(guò)采用在外部進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作的負(fù)載電容器這種獨(dú)特的做法，LT3743 實(shí)現(xiàn)了高和低模擬狀態(tài)之間的快速變換，從而能夠在幾 μs 的時(shí)間內(nèi)改變已調(diào) LED 電流水平。開(kāi)關(guān)頻率可以在 200kHz 至 1MHz 的范圍內(nèi)進(jìn)行設(shè)置和同步至一個(gè)頻率范圍為300kHz 至1MHz 的外部時(shí)鐘。
TOP7 開(kāi)關(guān)輸出電容器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
在傳統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器中，負(fù)載兩端的電壓存儲(chǔ)于輸出電容器之中。如果負(fù)載電流突然改變，則輸出電容器中的電壓必須進(jìn)行充電或放電以與新的已調(diào)電流相匹配。在轉(zhuǎn)換期間，負(fù)載中的電流未得到良好的控制，因而導(dǎo)致了緩慢的負(fù)載電流響應(yīng)時(shí)間。LT3743 通過(guò)采用一種獨(dú)特的開(kāi)關(guān)輸出電容器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)解決了這一問(wèn)題，該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了超快的負(fù)載電流上升和下降時(shí)間。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)背后的基本概念是：LT3743 起一個(gè)已調(diào)電流源的作用，負(fù)責(zé)向負(fù)載提供驅(qū)動(dòng)電流。對(duì)于某個(gè)給定的電流，負(fù)載兩端的電壓降存儲(chǔ)于第一個(gè)開(kāi)關(guān)輸出電容器中。當(dāng)需要一種不同的已調(diào)電流狀態(tài)時(shí)，將第一個(gè)輸出電容器關(guān)斷，并接通第二個(gè)電容器。這使得每個(gè)電容器能夠存儲(chǔ)與期望已調(diào)電流相對(duì)應(yīng)的負(fù)載電壓降。
圖 1 示出了具有各種控制引腳的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PWM 和 CTRL_SEL 引腳為數(shù)字控制引腳，用于確定已調(diào)電流的狀態(tài)。CTRL_H 和 CTRL_L 引腳是具有一個(gè) 0V 至 1.5V 全標(biāo)度范圍的模擬輸入，可在電流檢測(cè)電阻器兩端產(chǎn)生一個(gè) 0mV 至 50mV 的已調(diào)電壓。
圖 1：基本的開(kāi)關(guān)電容器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
盡管 LT3743 可以采用開(kāi)關(guān)輸出電容器來(lái)配置，但它能夠很容易地適應(yīng)任何傳統(tǒng)的模擬和/或 PWM 調(diào)光方案
開(kāi)關(guān)周期同步
LT3743 使所有的開(kāi)關(guān)脈沖邊沿同步至 PWM 和 CTRL_SEL 上升沿。同步賦予了系統(tǒng)設(shè)計(jì)師采用任意周期或非周期 PWM 調(diào)光脈沖寬度和占空比的自由度。對(duì)于大電流 LED 驅(qū)動(dòng)器而言，這是從零電流或低電流狀態(tài)恢復(fù)至高電流狀態(tài)過(guò)程中必不可少的特點(diǎn)。通過(guò)在 CTRL_SEL 或 PWM 信號(hào)變至高電平時(shí)重新起動(dòng)時(shí)鐘，電感器電流將立即開(kāi)始斜坡上升，而無(wú)須等待一個(gè)時(shí)鐘上升沿。未采用同步時(shí)，時(shí)鐘脈沖沿和 PWM 脈沖沿的相位關(guān)系將不受控制，因而有可能在 LED 光輸出中引起明顯的抖動(dòng)。當(dāng)采用一個(gè)具 SYNC 引腳的外部時(shí)鐘時(shí)，開(kāi)關(guān)周期將在 8 個(gè)開(kāi)關(guān)周期之內(nèi)重新同步至外部時(shí)鐘。
一款適合高端 DLP 投影機(jī)、采用開(kāi)關(guān)輸出電容器的 24V、20A LED 驅(qū)動(dòng)器。高端 DLP 投影機(jī)要求極高質(zhì)量的圖像和彩色重現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)高的彩色準(zhǔn)確度，各個(gè) LED 當(dāng)中的彩色偏差是通過(guò)混入其他兩個(gè)彩色 LED 的色彩來(lái)校正的。例如：當(dāng)紅光 LED 處于滿電流導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，藍(lán)光和綠光 LED 將以低電流水平接通，這樣它們就能夠被混入以產(chǎn)生準(zhǔn)確的紅光。這種方法需要具備在較低 （約 2A） 和較高 （約 20A） LED 電流之間進(jìn)行快速轉(zhuǎn)換的能力，以保持 PWM 調(diào)光脈沖沿。圖 3 示出了一款專供高端 DLP 投影機(jī)使用的 24V/20A LED 驅(qū)動(dòng)器。
圖3：采用開(kāi)關(guān)輸出電容器的 24V/20A LED 驅(qū)動(dòng)器
450kHz 的較低開(kāi)關(guān)頻率允許使用一個(gè)非常小的 1.0μH 電感器。在 25% 紋波電流條件下，高電流狀態(tài)與低電流狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間大約為 2μs。1mF 的大輸出電容器存儲(chǔ)了兩種不同電流狀態(tài)下 LED 兩端的電壓降，并提供了 MOSFET 調(diào)光開(kāi)關(guān)接通時(shí)的瞬時(shí)電流。對(duì)于實(shí)現(xiàn)快速 LED 電流轉(zhuǎn)換來(lái)說(shuō)，采用幾個(gè)并聯(lián)的低 ESR 電容器是至關(guān)緊要的。已調(diào)高電流和低電流由連接在 VREF 引腳與 CTRL_L 和CTRL_H 引腳之間的分壓器來(lái)設(shè)定。VREF 引腳上的 ±2%、2V 基準(zhǔn)還用于提供溫度降額電路施加在 CTRL_T 引腳上的基準(zhǔn)信號(hào) （見(jiàn)下文中的“LED 電流的熱降額”）。
為了減小有可能很大的啟動(dòng)電流，LT3473 采用了一種可壓制已調(diào)電流的獨(dú)特軟起動(dòng)電路，從而在軟起動(dòng)引腳充電至 1.5V 時(shí)提供全驅(qū)動(dòng)。為了最大限度地縮短不同電流水平之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間，LT3743 運(yùn)用了針對(duì)每種電流水平的單獨(dú)補(bǔ)償，這樣電流控制環(huán)路就可以盡可能快地恢復(fù)穩(wěn)態(tài)操作。圖 4 示出了從 0A～2A 至 20A 的 LED 電流階躍。
寬PWM 占空比范圍內(nèi)的高效率
在便攜式 DLP 投影機(jī)中，功率耗散是一個(gè)極其重要的設(shè)計(jì)參數(shù)。與目前市面上銷售的許多并聯(lián)型大電流 LED 驅(qū)動(dòng)器不同，LT3743 在一個(gè)寬 PWM 占空比范圍內(nèi)擁有卓越的效率。通過(guò)只把功率輸送至負(fù)載，而不是將功率旁路掉或者給輸出電容器充電，常見(jiàn)的傳統(tǒng) PWM 調(diào)光型驅(qū)動(dòng)器中損失的大部分能量可以節(jié)省下來(lái)。圖 5 示出了當(dāng) VIN = 12V、并以 0A 至 20A 電流驅(qū)動(dòng)一個(gè)綠光 LED 時(shí)，整個(gè)占空比范圍內(nèi)的效率變化情況。
傳統(tǒng)的 PWM 調(diào)光
LT3743 適應(yīng)任何傳統(tǒng)的 PWM 調(diào)光方法。同類競(jìng)爭(zhēng) LED 驅(qū)動(dòng)器所采用的并聯(lián)輸出調(diào)光會(huì)造成能量的浪費(fèi)，而且在 LED 占空比低于約 50% 時(shí)效率欠佳。由于 LT3743 具有兩種電流調(diào)節(jié)水平，因此當(dāng)分路被占用時(shí)已調(diào)電流可下降至零。即使在低 LED 占空比條件下，這也能提供出色的效率。
圖 6 示出了一款配置有一個(gè)電流受限并聯(lián)輸出的 2A LED 驅(qū)動(dòng)器。請(qǐng)注意：CTRL_L 引腳連接至地，PWMGL 引腳用于驅(qū)動(dòng)并聯(lián) MOSFET，而CTRL_SEL 引腳則用于調(diào)光。在 CTRL_L 引腳接地的情況下，當(dāng) CTRL_SEL 引腳為低電平時(shí)，則分路被占用，而且電感器中的電流被調(diào)節(jié)于 0A。當(dāng) CTRL_SEL 引腳為高電平時(shí)，并聯(lián) MOSFET 被關(guān)斷，且已調(diào)電流由 CTRL_H 引腳上的電壓來(lái)確定。圖 7 示出了采用一個(gè) 12V 輸入時(shí)的電流受限并聯(lián) PWM 調(diào)光。
圖 6：具電流受限并聯(lián)輸出的 6V 至 36V 輸入、2A LED 驅(qū)動(dòng)器
除了并聯(lián)之外，LT3743 還可容易地通過(guò)配置以驅(qū)動(dòng)與 LED 的負(fù)極相串聯(lián)的調(diào)光 MOSFET。當(dāng)不需要多種電流狀態(tài)時(shí)，這是優(yōu)選的 PWM 調(diào)光方法。圖8 示出了一款采用轉(zhuǎn)換負(fù)極 PWM 調(diào)光的 6V 至 30V、20A LED 驅(qū)動(dòng)器。圖 9 示出了 0A 至 20A 電流階躍和 100:1 調(diào)光比條件下的轉(zhuǎn)換負(fù)極 PWM 調(diào)光。
圖8：采用轉(zhuǎn)換負(fù)極 PWM 調(diào)光的 6V 至 30V、20A LED 驅(qū)動(dòng)器
LT3743 實(shí)現(xiàn)了超快的大電流 LED 上升時(shí)間，并提供了準(zhǔn)確的電流調(diào)節(jié)。由于它具備支持多種電流狀態(tài)的能力，因此通過(guò)實(shí)現(xiàn) LED 彩色的簡(jiǎn)易混合而滿足了高性能影院級(jí) DLP 投影機(jī)的要求。除了速度以外，通過(guò)允許使用一個(gè)緊湊型低值電感器，LT3743 的開(kāi)關(guān)電容拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還縮減了電路板的外形尺寸。其他特點(diǎn)包括開(kāi)關(guān)周期同步、過(guò)壓保護(hù)、高效率以及輕松適應(yīng)各種應(yīng)用需求的能力。
TOP8 照明AC-DC LED驅(qū)動(dòng)電源電路精析
由于LED總光效要求及散熱限制，能效對(duì)低功率應(yīng)用尤其重要;許多情況下，即使是較低功率應(yīng)用也要求功率因數(shù)校正和諧波處理;在空間受限應(yīng)用中，特別是替代燈泡應(yīng)用，要求有很高的驅(qū)動(dòng)功率密度;總體電源可靠性對(duì)整個(gè)燈的壽命非常重要;寬輸入電源電壓范圍應(yīng)支持高達(dá)277 Vac;兼容TRIAC調(diào)光等要求。此外，LED通用照明還要符合演進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)及安全規(guī)范，如“能源之星”和IEC要求。
根據(jù)應(yīng)用要求（尺寸、能效、功率因數(shù)、功率、驅(qū)動(dòng)電流）不同，以交流主電源驅(qū)動(dòng)LED有多種拓?fù)洹０采腊雽?dǎo)體提供各種電源方案，可用于各種照明應(yīng)用。
圖1：不同交流主電源供電LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
安森美半導(dǎo)體LED通用照明AC-DC解決方案
功率因數(shù)校正方案
采用安森美半導(dǎo)體的NCP1611或NCP1612的160 W功率因數(shù)校正（PFC）升壓方案采用非隔離升壓拓?fù)?，輕載能效高于傳統(tǒng)CrM PFC;無(wú)須額外元件，可靠性及安全性高。該方案采用電流控制頻率反走（CCFF）CrM，有升壓或旁路二極管短路保護(hù)、引腳開(kāi)路/短路保護(hù)、優(yōu)化的瞬態(tài)響應(yīng)、軟過(guò)壓保護(hù)、輸入欠壓檢測(cè)、低總諧波失真配置、過(guò)熱關(guān)閉等特性。這類PFC方案還包括NCP1607、NCP1608、NCP1615和 NCP1654（非隔離升壓）;NCL30000（隔離單級(jí)反激、非隔離降壓）;NCL30001（隔離單級(jí)反激）;NCL30002（非隔離降壓）;NCL30060（單級(jí)反激或降壓）。
初級(jí)端控制離線方案
初級(jí)端穩(wěn)流（PSR）也稱初級(jí)端控制。初級(jí)端控制離線LED驅(qū)動(dòng)器不使用光耦，具有±1%（典型值）的精密LED穩(wěn)流精度、寬VCC范圍、高能效準(zhǔn)諧振控制、強(qiáng)固的保護(hù)特性組合，以及寬工作溫度范圍（-40至+125℃）;支持反激及降壓-升壓拓?fù)?，帶無(wú)源PFC輸入的功率因數(shù)約0.9;該系列可應(yīng)用于LED燈泡替代、離線LED驅(qū)動(dòng)器、嵌燈、室內(nèi)/室外重點(diǎn)照明及任務(wù)燈及LED電子控制裝置。
圖2：初級(jí)端控制離線方案
可供選擇的器件有NCL30080A/B、NCL30081A/B、NCL30082A/B和NCL30083A/B（無(wú)源PFC控制）;NCL30085A/B、NCL30086A/B、NCL30087A/B和NCL30088A/B（有源PFC控制）。其調(diào)光控制包括非調(diào)光、3 步/5步調(diào)光、模擬/數(shù)字、雙向可控硅/后緣觸發(fā)調(diào)光等。
安森美半導(dǎo)體針對(duì)隔離反激式和非隔離式轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器包括NCP1010、NCP1011、NCP1012、NCP1014/15、 NCP1027/28、NCP1072/5、NCP1076等。這些器件均為電流模式，峰值電流限制從100 mA至800 mA.這些方案集成了MOS管，適用于隔離和非隔離應(yīng)用，支持次級(jí)PWM調(diào)光、模擬調(diào)光或雙亮度等級(jí)調(diào)光，能效高達(dá)75-80%.
用于高壓LED串的高功率因數(shù)升壓方案
高壓多結(jié)點(diǎn)LED正變得更加常見(jiàn)，因?yàn)楣?yīng)商趨向更好地優(yōu)化LED以提升系統(tǒng)總光效，并引入更加專用化的LED.這些LED每封裝的正向電壓可達(dá)24至 200 V，可以優(yōu)化用于定點(diǎn)照明、全向照明或線性照明。為了以低元件數(shù)量及標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成電感實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，電路中使用了NCP1075單片高壓開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器及高精度的 NCP4328A恒流/恒壓控制器。
該方案能效高于90%，具有20 ms的快速啟動(dòng)時(shí)間、LED開(kāi)路保護(hù)、可使用現(xiàn)有電感、功率因數(shù)高于0.95，以及采用NCP1075時(shí)功率能力大于10 W的特性，應(yīng)用主要是LED燈泡及燈管、低功率光源及燈具、電子控制裝置和LED驅(qū)動(dòng)器。
圖3：高壓LED串高功率因數(shù)升壓方案
AC-DC開(kāi)關(guān)控制器
針對(duì)隔離和非隔離降壓、降壓/升壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)控制器有固定頻率的NCP1200、NCP1203、NCP1218、NCP1219、 NCP1230、NCP1234/6、NCP1237/8、NCP1250/1/3;還有準(zhǔn)諧振的NCP1207A、NCP1308、NCP1337 /38、NCP1377、NCP1379/80和NCP1336.針對(duì)非隔離降壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)控制器則有LV5011MD、LV5012MD、 LV5026MC、LV5029MD、NCL30002和NCL30105.此外還有諧振半橋變換器的開(kāi)關(guān)控制器NCP1392/3、NCP1398及開(kāi)關(guān)組合控制器NCL30051和NCL30030.
圖4：采用NCL30030的AC-DC開(kāi)關(guān)控制器LED驅(qū)動(dòng)方案
TOP9 非隔離離線降壓控制器
LV5026MC是一款非隔離離線降壓控制器，支持不同調(diào)光控制（TRIAC、模擬及PWM）、可選擇開(kāi)關(guān)頻率（50 kHz或70 kHz）、低噪聲開(kāi)關(guān)系統(tǒng);具有短路保護(hù)、軟啟動(dòng)和內(nèi)置TRIAC穩(wěn)定功能。應(yīng)用包括壁燈、任務(wù)燈、臺(tái)階燈和LED燈泡替代。
圖6：非隔離離線降壓控制器
可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器
LV50xx中的LV5026MC、LV5029MD、LV5011MD和LV5012MD都是可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器。以LV5011MD和 LV5012MD為例，兩者開(kāi)關(guān)頻率均為70 kHz，可提升功率因數(shù)，具有、外部調(diào)節(jié)參考電壓、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)熱關(guān)閉功能。兩者的不同之處在于調(diào)光模式，均可用于小型可調(diào)光LED燈泡、離線LED驅(qū)動(dòng)器和嵌燈。
圖7：可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器
非隔離線性LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)涞暮懔鞣€(wěn)流器（CCR）
一種是低電流LED串驅(qū)動(dòng)器CCR NSIC2020 （120 V， 20 mA），其交流電壓上升時(shí)電流仍保持恒定，達(dá)到LED閾值電壓后導(dǎo)通無(wú)延遲，低電壓時(shí)LED亮度高，可防止LED受電壓浪涌影響。另一種用于低成本T5 LED燈管，采用CCR NSIC2050 （120 V， 50 mA）LED驅(qū)動(dòng)器，可直接交流驅(qū)動(dòng)LED，無(wú)漏電流，穩(wěn)流可保護(hù)LED.
圖8：低成本T5 LED燈管電路
用于街道及區(qū)域照明的LED電源
替代高強(qiáng)度氣體放電燈（HID）或高壓鈉燈（HPS），要使用大LED陣列。根據(jù)終端產(chǎn)品不同，LED可配置為不同結(jié)構(gòu)。一種方法是將交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流穩(wěn)壓輸出，并為多個(gè)并聯(lián)LED燈條供電。另一種方法是提供穩(wěn)流恒流來(lái)直接驅(qū)動(dòng)LED，省去燈條中內(nèi)置的線性或DC-DC轉(zhuǎn)換段。
圖9a：方法1 -- 將交流輸入電壓轉(zhuǎn)換為直流穩(wěn)壓輸出
第二種方法旨在配合“能源之星”1.1版光源規(guī)范，其特點(diǎn)包括：通用輸入范圍90 - 265 Vac（更改元件可支持305 Vac）;最大輸出功率60 W（更改元件NCL30051最高支持250 W功率）;功率因數(shù)PF大于0.9（50-100%負(fù)載，帶調(diào)光）;諧波含量遵從IEC61000-3-2 class C標(biāo)準(zhǔn);Iout = 1000 mA/Vf = 35至45 V條件下，能效大于90%;恒流輸出電流范圍0.7 - 1.5 A;輸出電壓范圍35 - 50 V;輸出開(kāi)路及短路保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、過(guò)流保護(hù)-自動(dòng)恢復(fù)、過(guò)壓保護(hù)-輸入（OVP大電壓）等保護(hù)特性。
圖9b：方法2 --提供穩(wěn)流恒流來(lái)直接驅(qū)動(dòng)LED
安森美半導(dǎo)體利用在電源管理、高能效電源及封裝方面的核心專長(zhǎng)及優(yōu)勢(shì)，為L(zhǎng)ED照明應(yīng)用，特別是通用照明提供了符合各種規(guī)范要求控制和驅(qū)動(dòng)器件。這些方案采用獨(dú)特的LED驅(qū)動(dòng)電源架構(gòu)、模擬及調(diào)光技術(shù)、反激轉(zhuǎn)換器及非隔離拓?fù)洌m用于各種通用照明應(yīng)用，為這些設(shè)備的實(shí)現(xiàn)提供了豐富的選擇。
TOP10 I2C接口的LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)與應(yīng)用攻略
目前，通過(guò)芯片本身能驅(qū)動(dòng)的每個(gè)LED電流范圍為25mA到100mA之間。當(dāng)然，對(duì)于一些大電流的應(yīng)用場(chǎng)合，我們只需用外加場(chǎng)效應(yīng)管的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。LED無(wú)疑是當(dāng)前最熱的一個(gè)應(yīng)用，無(wú)論是手持設(shè)備、游戲機(jī)、霓虹燈、廣告牌等等，眩目的色彩及高質(zhì)的光亮，總能第一時(shí)間吸引人的眼球。在當(dāng)前眾多的 LED控制器面前，如何選擇一款功能豐富且性價(jià)比又高的產(chǎn)品來(lái)迎合自己的設(shè)計(jì)，無(wú)疑是擺在每個(gè)設(shè)計(jì)師面前的問(wèn)題。
最簡(jiǎn)單的 LED驅(qū)動(dòng)，我們可以用普通的I/O來(lái)實(shí)現(xiàn)。但I(xiàn)/O控制只能實(shí)現(xiàn)LED 的ON與OFF，無(wú)法用來(lái)進(jìn)行混光、閃爍等功能，而且每個(gè)LED都需要占用一個(gè)單獨(dú)的I/O資源，無(wú)疑性價(jià)比很低。我們也可以用專用的大電流LED控制器來(lái)設(shè)計(jì)，但昂貴的成本首先會(huì)成為問(wèn)題，而且設(shè)計(jì)復(fù)雜，程度也會(huì)跟著各種干擾的出現(xiàn)相應(yīng)地提高?；谶@些，恩智浦（NXP）推出一系列使用I2C接口的 LED驅(qū)動(dòng)器，它可以通過(guò)I2C接口的兩根線，去同時(shí)控制從4個(gè)到24個(gè)不等LED的ON/OFF、閃爍及RGB混光。在混光方案里，每個(gè)LED都是由一個(gè)獨(dú)立的8bit/256階PWM來(lái)驅(qū)動(dòng)。這種基于I2C的LED控制方式，增加了設(shè)計(jì)的方便性與靈活性，而且也會(huì)減少在軟硬件方面的投入，使披著神秘面紗的LED對(duì)我們來(lái)講頓時(shí)顯得簡(jiǎn)單和精彩。下面，我們將會(huì)以恩智浦LED驅(qū)動(dòng)器PCA9633為例，通過(guò)幾個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用來(lái)全面闡述這種LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)所在。
從圖1我們可以看到，每一路LED都是由一個(gè)單獨(dú)的8bit/256階的PWM來(lái)控制，且由于PWM足夠快，使其理論上可以通過(guò)它所驅(qū)動(dòng)的四個(gè)LED混出任意顏色的光。除了每一路單獨(dú)的PWM，PCA9633還提供了一個(gè)Group PWM，通過(guò)它我們可以用來(lái)控制所調(diào)混色光的亮度及頻率，彌補(bǔ)了只調(diào)單個(gè)PWM不能實(shí)現(xiàn)的一些功能。那么PCA9633究竟如何來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光呢？秘密還是在 PWM上面。如果不使用PWM，那么它只能完成開(kāi)和關(guān)的動(dòng)作;低速的PWM只能實(shí)現(xiàn)LED閃爍，并不足以達(dá)到混色的目的;高速的PWM就可以實(shí)現(xiàn)RGB混色;如果PWM速度可控，那么就可以實(shí)現(xiàn)閃爍和混色的雙重功能。而且通過(guò)可控的8bit/256階PWM，加大了色階提升了色彩的層次感。見(jiàn)下圖2所示。
知道了混色的原理，那么一個(gè)具體的色彩又是如何產(chǎn)生的呢？我們知道人眼對(duì)色彩的感知是各種色彩亮度均值的疊加，我們可以通過(guò)控制 PCA9633每個(gè)PWM的占空比，去控制所驅(qū)動(dòng)LED的亮度。根據(jù)三基色原理，如果我們驅(qū)動(dòng)的是RGB（或者RGBA）LED，那么通過(guò)調(diào)節(jié)這三個(gè) LED的不同光亮，就可以得到所要的色彩。圖3是PCA9633控制RGB三個(gè)LED來(lái)調(diào)粉色光的例子。
通過(guò)以上的描述，我們基本知道了PCA9633的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)原理。下面我們將會(huì)以PCA9633固定I2C地址的幾個(gè)應(yīng)用，來(lái)進(jìn)一步理解這種LED控制器的優(yōu)勢(shì)所在。
第一個(gè)應(yīng)用，我們將用PCA9633來(lái)控制亮度條。我們知道一般像亮度條這樣的應(yīng)用，往往需要用到大量LED串聯(lián)來(lái)進(jìn)行。如果用單個(gè)接口去控制每個(gè) LED，會(huì)使成本和軟件復(fù)雜度大大增加。而通過(guò)I2C，在硬件上只需要兩條控制線，在軟件上只需發(fā)一條字節(jié)命令，就可以輕松進(jìn)行操控。除此之外，由于 I2C器件地址的唯一性，可以按所驅(qū)動(dòng)LED的數(shù)量使用幾個(gè)PCA9633來(lái)進(jìn)行控制。如果實(shí)際應(yīng)用中PCA9633本身的驅(qū)動(dòng)電流不夠，只需在外圍加一個(gè)FET就可以輕松解決。另外，PCA9633獨(dú)有的Group PWM使得控制整個(gè)亮度條的光強(qiáng)和閃爍變的得心應(yīng)手。下面是其原理圖（見(jiàn)圖4），其中I2C master由系統(tǒng)提供，可以是MCU，也可以是邏輯電路。
圖4中左半部為I2C的master，不作細(xì)述。右邊最上為L(zhǎng)ED限流電阻，通常LED的前向電壓為3V左右，根據(jù)不同的顏色和制造工藝會(huì)有一些差別。我們可以通過(guò)所需LED電流去計(jì)算這個(gè)限流電阻的值：R=（Vsupply-Vfsum）/If.如果所需的LED電流大于25mA，那么圖中所加的 FET可以輕松解決這一問(wèn)題。當(dāng)我們外加了FET以后，只需把PCA9633的相應(yīng)寄存器的OUTDRV設(shè)為高就可以了，以區(qū)別于它的默認(rèn)值。現(xiàn)在我們可以看到用PCA9633去控制如此多的LED，原理圖相當(dāng)簡(jiǎn)潔，同樣在軟件設(shè)置寄存器上也同樣方便。PCA9633提供了簡(jiǎn)易且完整的內(nèi)部寄存器，例如 LED輸出結(jié)構(gòu)設(shè)置、節(jié)電模式設(shè)置、芯片使能模式設(shè)置、LED的輸出狀態(tài)設(shè)置，以及每個(gè)PWM和Group PWM的控制寄存器設(shè)置等。除此之外，PCA9633還提供了一個(gè)寄存器設(shè)置遞增位，也就是說(shuō)如果我們?cè)O(shè)置了這一位，那么我們可以通過(guò)一個(gè)指令序列來(lái)完成內(nèi)部所有寄存器的順序配置，這在一些特定的應(yīng)用中是非常有用的，能最大程度節(jié)省軟件和系統(tǒng)資源。下面，我們將通過(guò)另外一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明內(nèi)部寄存器的設(shè)置。
第二個(gè)例子是我們用PCA9633來(lái)完成呼吸燈的功能。雖然PCA9633內(nèi)部不帶呼吸燈模塊，但我們可以通過(guò)一些簡(jiǎn)單的寄存器設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，這樣相比于專用的呼吸燈芯片在成本上無(wú)疑有很大的優(yōu)勢(shì)。為了便于說(shuō)明，我們只用PCA9633來(lái)控制一個(gè)LED的呼吸動(dòng)作，原理圖很簡(jiǎn)單，在此略去，通過(guò)控制這一個(gè)LED的漸亮與漸暗過(guò)程以達(dá)到呼吸的目的。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，PCA9633的獨(dú)立PWM將是最主要的因素。如前我們已經(jīng)提到每個(gè) LED都是由一個(gè)8bit/256階PWM來(lái)控制，那么也就是說(shuō)，每個(gè)燈有256段亮暗色階可調(diào)，可以完美實(shí)現(xiàn)呼吸功能。具體，我們通過(guò)控制PWM的占空比來(lái)完成。如果我們的LED是由PCA9633的PWM0來(lái)控制，那么PWM0的占空比將決定這個(gè)LED的亮度：Bright（duty cycle）=PWM0［7:0］/256.到此，一個(gè)完整的呼吸過(guò)程就完成了，用幾個(gè)簡(jiǎn)單的寄存器設(shè)置，就完成了看起來(lái)似乎只有用復(fù)雜系統(tǒng)或?qū)Ｓ眯酒拍茏龅氖虑?。從以上兩個(gè)例子，我們可以看到用恩智浦的I2C LED驅(qū)動(dòng)器，不論是硬件上還是軟件上都是非常簡(jiǎn)單和易操作的，而且用此類器件所能實(shí)現(xiàn)的功能，絲毫不比一些系統(tǒng)和專有芯片遜色。
總之，I2C LED驅(qū)動(dòng)器提供了高性價(jià)比的LED設(shè)計(jì)方案，相比于用GPIO或?qū)Ｓ肔ED驅(qū)動(dòng)器，不僅節(jié)省了系統(tǒng)資源，也使設(shè)計(jì)的成本和復(fù)雜度大大減少，并可以有效提高設(shè)計(jì)的可靠性和驅(qū)動(dòng)光的均勻性。此外，采用此類LED驅(qū)動(dòng)器，可以很有效地幫助我們減少設(shè)計(jì)周期并提升設(shè)計(jì)靈活性。
TOP11 LED驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)化設(shè)計(jì)方案詳解
主電路部分，在市電之后緊接著接了一個(gè)濾波器，它的作用是濾除電源中的高次諧波以及電源中的浪涌，使得控制電路受電源的干擾小。輸入整流部分采用一體式的整流橋，通過(guò)二極管的單向?qū)ǖ奶匦詫㈦娖皆诹泓c(diǎn)上下浮動(dòng)的交流電轉(zhuǎn)換為單向的脈動(dòng)的直流電，再在濾波電容和電感的作用下，輸出直流電壓。經(jīng)過(guò) MIP553和BUCK電路的調(diào)節(jié)和控制后輸出供LED使用的電壓。
輸入電路的設(shè)計(jì)
為了延長(zhǎng)LED驅(qū)動(dòng)電源的使用壽命，使之與LED相匹配，必須要去除電路中的電解電容。電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)為：輸入交流電壓Vm：198— 264VAC/50Hz;輸出電壓Vo：27VDC;輸出電流Io：0.35A。輸入電路包括噪聲濾波裝置、安全保險(xiǎn)裝置以及輸入整流裝置，如圖2所示。
噪聲濾波裝置主要由電容C1/C2/C3和電感L1組成，其作用是在小于1MHz的頻段內(nèi)，能夠減少電磁干擾（EMI）。此裝置也可以鏈接在AC交流之后，整流裝置之前，其濾波效果是一樣的。安全保險(xiǎn)裝置由保險(xiǎn)絲和ZNR1組成，保險(xiǎn)絲主要防止有危害電路的尖峰電流產(chǎn)生的時(shí)候迅速切斷電路以保護(hù)負(fù)載;ZNR1是浪涌吸收器，對(duì)于來(lái)自輸入端的靜電和浪涌進(jìn)行吸收，以此來(lái)保護(hù)后面的電路。輸入整流裝置，是將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，輸入整流橋的選擇。
輸出電路的設(shè)計(jì)
輸出電路由基本的BUCK電路和一個(gè)穩(wěn)壓二極管DD1組成。如圖3所示。BUCK變換器及其優(yōu)勢(shì)：
Buck變換器又稱為降壓變換器、串聯(lián)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器、三端開(kāi)關(guān)型降壓穩(wěn)壓器，是一種輸出電壓等于或小于輸入電壓的單管非隔離DC/DC變換器。
工作中的輸入電流is，在開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，is》0;在開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，is=0，故is是脈動(dòng)的，但輸出電流io在電感、二極管、電容的作用下卻是連續(xù)的、平穩(wěn)的。特別適合為L(zhǎng)ED提供工作電流。FRD1的選擇標(biāo)準(zhǔn)：額定電流大于2倍的輸出電流，額定電壓大于輸入電壓，其反向恢復(fù)時(shí)間也要在100ns以內(nèi)，考慮裕量，F(xiàn)RD1的參數(shù)為：15A，600V，trr=50ns。用類似的方法選擇T1和Cout，那么其參數(shù)分別為：T1：680μH; Cout：1μF，50V。
穩(wěn)壓二極管DD1
在低輸入電壓的某范圍內(nèi)，若沒(méi)有像DD1的這種反向裝置，那么在開(kāi)關(guān)關(guān)斷的瞬間將會(huì)有反向電流流過(guò)IPD，而IPD是不允許有這種電流的，因?yàn)檫@種反向電流將會(huì)導(dǎo)致IPD的損壞。
保護(hù)電路
MIP553內(nèi)置過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱、LED短路的保護(hù)電路，但并無(wú)LED開(kāi)路時(shí)保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。LED開(kāi)路時(shí)的保護(hù)電路的思想主要有穩(wěn)壓二極管保護(hù)、三極管保護(hù)、偏壓線圈保護(hù)等，考慮到成本和結(jié)構(gòu)，文中選擇具有穩(wěn)壓二極管的保護(hù)電路。其電路圖如圖3所示。當(dāng)LED開(kāi)路時(shí)，輸出電壓上升，若輸出電路有穩(wěn)壓二極管的保護(hù)電路，那么穩(wěn)壓二極管將LED的電壓嵌位在二極管的壓降之下，這樣就能防止輸出電容的毀壞。
控制電路的設(shè)計(jì)
控制電路由MIP553及其外圍電路組成，如圖4所示。MIP553芯片實(shí)現(xiàn)寬電壓85～277V/AC輸入，內(nèi)置MOS，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，可不需要電解電容，支持隔離或非隔離方案，單電源輸出功率6～30W，恒定電流輸出《1A。電源具有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱保護(hù)功能，安全穩(wěn)定性高，體積小，發(fā)熱量低，電源效率≥80%，功率因數(shù) ≥95%，THD《20%。
MIP553的漏極電流由引腳CL和EX控制，因此連接這兩個(gè)引腳的電阻RCL、REX的設(shè)置將直接影響漏極電流的大小。最大漏極電流可由REX來(lái)確定，考慮到這個(gè)最大漏極電流要流經(jīng)LED，因此設(shè)置參考值時(shí)應(yīng)該注意。
REX=（VDD（ON）-VEXH）/IEX=（6.5-2.8）/103=36kΩ （3）
其中，假設(shè)輸入電壓100V，輸出電壓28V，電流：400mA，最大漏極電流設(shè)為1.0A。
CVDD、CEX、CCL的作用是穩(wěn)定MIP553的運(yùn)行、抑制外部噪聲。因此，其值要選擇得當(dāng)。CVDD，穩(wěn)定VDD的電壓、抑制LED 的閃爍，特性不受溫度影響、不產(chǎn)生額外的噪聲，參考標(biāo)準(zhǔn)值為1～10μF之間;CEX，抑制外部噪聲進(jìn)入EX引腳，其參考標(biāo)準(zhǔn)值在470～1000pF之間;CCL，抑制外部噪聲進(jìn)入CL引腳，如果其值太大的話，那么pF值將會(huì)受到嚴(yán)重的影響，因此其值應(yīng)小于1000pF。
LED電源的挑戰(zhàn)
LED作為新型的電光源，在制作大型發(fā)光立體字和發(fā)光標(biāo)識(shí)中有著明顯的優(yōu)勢(shì)，其控制電壓低，成本低，可靠性高。雖然LED產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)有著愈演愈烈的發(fā)展趨勢(shì)，但是LED照明畢竟是新興的產(chǎn)業(yè)，目前還沒(méi)有廣泛的普及，因此LED驅(qū)動(dòng)電源不可避免的在各方面存在著挑戰(zhàn)：首先，由于LED的正向電壓會(huì)隨著電流和溫度而變化，其“色點(diǎn)”也會(huì)隨著電流和溫度而漂移，為了保證LED的正常工作，就要求其驅(qū)動(dòng)器無(wú)論在輸入條件和正向電壓如何變化的情況下都要限制電流。其次，如果需要LED調(diào)光，通常采用的是脈寬調(diào)制調(diào)光技術(shù)，典型的PWM頻率是1～3kHz。最后，LED驅(qū)動(dòng)電路的功率處理能力必須充足，且功能強(qiáng)固，可以承受多種故障條件，易于實(shí)現(xiàn)。
LED是一種節(jié)能、高效、環(huán)保的綠色照明，對(duì)它的驅(qū)動(dòng)電路研究非常重要。文中介紹了利用MIP553進(jìn)行設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)電源，并通過(guò)仿真證明了其輸出電流的穩(wěn)定性，有很好的應(yīng)用前景。
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論