如何利用降压或升压转换器优化LED照明设计

LED" target="_blank">LED照明方案所必须的，种类繁多的LED驱动器能帮助工程师优化这些LED照明设计。那么在设计基于这些降压或者升压转换器的大功率LED驱动电路时，应注意哪些问题呢？本文探讨采用Zetex的ZXSC310、美国国家半导体的LM3410和德州仪器的TPS61160/1等升压转换器时应注意的设计问题。
从小闪光灯到舞台照明系统的这些应用中，高亮度LED相比传统光源，具有更高效率、更长使用寿命和更小尺寸，还可以实现一些特殊的效果，如调光、排序和闪烁。精确的电流控制是高效LED照明方案所必须的，种类繁多的LED驱动器能帮助工程师优化这些LED照明设计。

    照明用大功率LED能产生足够的光通量，当这些器件组成大小合适的阵列后，可用于闪光灯、房间照明、室外照明以及电子指示牌等应用中。一系列驱动器件能维持大功率白色LED中的驱动电流远远超过1A。

    驱动电流决定了LED的光输出，因此阵列中所有LED必须以恒流驱动，以确保终端产品发光均匀、合适。为确保电流均匀，常将LED串联起来。LED正向压降也必须同时考虑。LED串中每个LED都有各自的正向压降VF。VF通常在3.4V左右，最小变化范围为2.5~4V(或更高)。

    用作LED驱动器的升压转换器

    为获得驱动一定数量的串联LED所需的足够电压，可采用升压转换器来提高电池供电应用的电压。这些应用包括闪光灯或者带LED背光显示的便携式设备。另一方面，在诸如电子告示牌或者交通标志这些需要大量LED的应用中，驱动器拓扑结构的输出电压可能高达40V。

        此外，也可以使用一个或多个多通道驱动器IC。在这些器件中，通道之间的电流匹配必须非常接近，以防止不同LED串之间的亮度不同。例如，最新的多输出驱动器在现代大功率LED光输出容差内的电流匹配就非常好。

        许多希望设计小尺寸、高效率LED照明应用的设计人员都很关注工作电压非常低的产品。Zetex公司的ZXSC310驱动器是一款恒流升压转换器，其输入电压低至0.8V，在电池电压下降的情况下也能为LED提供恒流。该器件可被用来提升低电压电源以驱动标称VF为3.4V的大功率LED。

        ZXSC3在闪光灯及小型便携式设备中的控制LED背光应用中非常有用。它的一个外部引脚控制正常工作或者5μA关闭模式，或者将其连接到脉宽调制(PWM)信号以控制LED调光。

         美国国家半导体(NS)的LM3410也是一种用于低压设备的升压转换器。该转换器能将2.7~5.5V的输入电压转换为3~24V的输出电压，可用在显示背光和其它便携应用中。 

         在非电池供电应用中，采用升压驱动器能实现用LED灯替换对室内的压卤素灯。例如德州仪器的TPS61160/1升压转换器可以将标准低压卤素灯用的标称为12V的直流电源电压，提高到可驱动6个或10个白色LED的高达18V的输出电压。

         图(a)是采用TPS61161来驱动10个LED的电路图。TPS61161集成了40V/0.7A N沟道MOSFET开关。它的调光控制引脚可用作单线数字接口或者作为PWM输入，这样设计人员就可以实现各种控制模式。
 

用作LED驱动器的降压转换器

        大多数普通照明用的驱动器都被设计成用工作在较高的直流电压下，这些直流电压从主电压转换过来，范围为大约5V到30V或更高。例如，NS的LM3406是一种自给型(self-contained)降压稳压器，输出范围为6~32V，可提供高达1.5A的正向恒电流。如图(b)所示的典型应用电路带有设定LED电流的外部电阻，以及用于PWM调光的专用输入引脚。

        Zetex ZXLD1350也是一种类似的降压稳压器，输入电压为7~30V，能为LED提供高达350mA的电流。它提供一个外部引脚进行电流调节。这个引脚支持PWM调光信号或简单的直流电压，以便将输出调节由外部传感电阻设置的电压值上下。

多通道和多驱动器电路设计

        利用降压稳压器可驱动的LED数量取决于最大输出电压。对于电子指示牌或舞台灯光这样的大型LED阵列，可能需要多个驱动器，每个驱动器控制一串LED。

        另一种选择是采用多通道驱动器。TI的8通道TLC5917驱动器每通道都可提供高达120mA的电流。该器件还提供8个经过调节的电流端口，可在高达17V的电压下工作。通道之间的输出电流精度优于±3%，以有效确保不同LED串的光输出均匀。

        此外，IC之间的精度由于±6%，能使设计人员使用多个TLC5917驱动器驱动更大的LED阵列。该驱动器内置了开路负载、短路负载以及过温保护，可指示大型LED阵列中的器件故障。

        随着大功率LED不断进入各种照明应用中，还将有更多先进的驱动器出现，以实现更高驱动电流和更简单的控制，允许设计人员在他们的目标应用中自由地选用最佳数量的LED。