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低压电池供电仍是LED驱动器的干流使用

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 导言
近年来,白光LED在照明范畴成为越来越重要的立异产品。拔尖的运用寿命及光功率使白光led在快速增长的运用产品中,成为客户首选的解决计划。集成电路制造商已开宣布多种解决计划,使工程人员在最佳作业条件下运用这些新式元件。本文旨在协助他们挑选最佳的LED驱动器拓扑结构。尽管也可运用高压交流电源驱动LED,可是低压电池供电体系仍然是干流运用计划。因而,本文将侧重重视后一种类型的驱动器。

  驱动器比较
在介绍驱动器作业原理之前,让我们简略了解一下LED的一些根本特性。发射光与经过发光二极管的电流量成线性正比联系。因而,严格操控正向电流关于取得所需的光发射而言极为重要。并且,与其它二极管比较,白光LED呈高度非线性。与一般整流器比较,白光LED在电气功能上的仅有区别是其电压为正向电压,规模在3V~4V之间。因为电流和电压的联系与温度及工艺有关,所以在 LED上施加电压会导致电流细微失控。因而,驱动LED的最佳办法是在电流形式中进行操作。
LED驱动器的挑选规模很广,但其方针运用数量有限。彩屏手机的广泛运用推动了白光LED的出产。白光LED被视为显现屏背光的最佳解决计划。因而,驱动器首要开发运用锂离子电池供电。答应的电源电压规模一般是2.7V~5.5V。出于同一运用原因,衔接到一个驱动器的LED数量直接取决于LCD的尺度。许多时分,LED的运用数量为3~5个,可是关于大型显现屏,可运用多达10个 LED。第三个约束要素是解决计划的尺度。制造商一直在寻求最小且最薄的解决计划。因为该计划运用电池供电,因而功率成为区别驱动器的关键要素。第二种电路类型是闪光灯,背光电路之间的首要区别是输出功率。用于摄像手机闪光灯的LED需求100mA~ 1.2A电流,而一般背光仅需 20mA,LED的数量从1个到4个不等。假如不需求超越500mW 的电气功率,则显现屏背光电路有极大的挑选空间。一般来说从500mW~ 5W的标准更接近于闪光灯运用。
 现在让我们看一下不同的拓扑结构(如图1所示)。正向电压一般高于电池电压,所以电容性电荷泵或电感升压设备可用于进步可用电压。电感升压设备的共同长处在于,仅需运用一个功率开关即可发生满意电压,以串联LED。没有其他较好的计划能像这计划保证一切LED具有相同电流和亮度,可对电感的充放电进行有用操控,保证安稳的电流经过与LED串联的检测电阻。这种电路的特点是功率较高。例如,NCP5006在输出电压为22V的状况下能够完成高达90%的功率。当然,完成这些杰出特性也要付出代价,即需求电感。这种元件一般比电容更贵更厚。关于非常重视厚度和 PCB面积的运用,最佳解决计划一般是电容性电荷泵。

 

   电荷泵用电池电压对电容器进行充电,然后用电气办法对电容器电压进行“存储”,供给高于电源电压的输出电压,需求运用数个开关对电容器进行正确衔接。内部复杂度有所进步,但外部元件或许较小。电荷泵是一个电压源,其数值取决于电容和开关数量。因而,在不大幅进步复杂度的状况下,到达较高输出电压更为困难。在这种状况下,要对LED进行并联而不是串联。要保证LED电流安稳,可经过附加电流源或电阻。对电流源进行匹配,保证LED之间的电流差异微乎其微。当精确度处于非有必要位置时,最好运用电阻来削减衔接数量并下降复杂度。电荷泵的首要缺陷在于其功率。开关和电容器的数量决议了电荷泵的乘数N。此份额一般为1.5 或2。下列简略的方程给出了抱负功率的算法:

   实际上,Vout 不或许等于N.Vin,因为保证内部电路正确偏置的最小压降在于驱动器自身,可是有些制造商宣称功率能够高达95%。当剖析数据表时,值得注意的是表中的值是最优值。除非输入电压完全符合最优条件,不然需求在参数曲线上查看最坏状况。比方,图2显现了电感升压设备 (此处为NCP5006) 与有两个乘数的电荷泵之间的功率不同。
如上所述,驱动器约束电源电压一般为5.5V或6V,这在一些运用中是极为重要的约束。幸亏某些电感升压设备与电感器不同,无需衔接到同一个电源上,如NCP5006-NCP5007。电路约束电源电压为5.5V,可是功率开关最高能够保持22V。因为电路的内部架构不同,因而能够选用运用中的低压稳压源对其进行供电,而电感器则需衔接到更高的电池电压上。

    其间,一个重要的参数是LED驱动器发生的噪声。因为电容器要进行充放电,所以电荷泵是大电流毛刺的来历。如欲削减这种影响,则有必要进行高质量的输入滤波。因为存在电感,电感升压设备会引起电磁搅扰(EMI)。一般状况下,可变频率的搅扰少一些,可是频率值取决于作业条件。体系规划人员一般偏好稍高的EMI水平,但运用固定频率。

    运用不同LED驱动器拓扑结构可取得的典型参数值。很明显,能够找到因某个参数而超出这些功能的器材,可是此表旨在于协助工程人员辨认能够满意一系列要求的电路类型。

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