LED高效驱动设计

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1、作者：RobertKollman,徳州仪器（Tl）摘要本文简耍描述了LED特性以及驱动LED的电源设计权衡因素。此外,本文还介绍了几款典型的电源应用电路,并详细阐述了如何关闭反馈环路o本文述讨论了如何对LED调光,并提供了两种调光方法。t引言随着LED生产成本的降低，其应用范围越来越广，其屮包括手持终端设备、车载以及建筑照明。LED的高可靠性、极佳的效率以及瞬态响应能力使得它们成为颇具吸引力的光源。尽管白炽灯泡的成木非常低，但是多次更换白炽灯泡也将是一笔很大的开销，路灯就是个很好的例子。完成此项工作需要一个工作组及一辆卡车对故障灯泡进行更换。因此，在此类应用中，使用L

2、ED可以大大降低成本。虽然LED和白炽灯泡的效率几乎相同，但由于上述一些原因，在路灯应用中将用LED代替口炽灯泡，这样不但可以提高可靠性，而且还能节省能源。白炽灯泡可以发出各种各样的光线，但是在具体的应用屮我们通常只需要绿色、红色以及黄色光线——例如交通信号灯。若要使用白炽灯泡，则需使用一个滤波器，这会浪费掉60%的光能，而LED则可以直接产生所需颜色的光线，并且在上电时，LED几乎是瞬间发光，而白炽灯则需要200mS的响应时间。因此，汽车行业在刹车灯设计中采用了LEDo另外，LED将作为DLP视频应用中的光源，从而以快速开关的LED替代了机械组合。LEDI-V特性图

3、1显示了典型InGaAlPLED的正向电压特征。您也可以把LED作为电压源与电阻串联建模，并查看模型与实际测量之间的密切关联性。电压源拥冇一个负的温度系数，当结温上升时，电压源的止向电压会发生负的变化。InGaAlPLED（黄色和琥珀红）的系数在-3.OmV/K到-5.2mV/K之间，而InGaNLED（蓝色、绿色以及口色）的系数则在-3.6niV/K和-5.2I11V/K之间。这就是为什么不能直接对LED进行并联的一个原因。产生热量最多的器件往往需要更大的电流，更大的电流会产生更多的热量，进而引起散热失控。35—VaclualVmodel:.52521.-A}5oC

4、urmrtt(A)图1LED作为电阻与电压源串联建模图2显示了作为工作电流函数的相对光输出（光通量）。很明显，光输出与二极管电流是密切相关的，因此可以通过改变正向电流进行调光。并且，在电流较小时，曲线儿乎是一条直线，但是在电流增大时，其斜率变小了。这就是说,在电流较低的吋候，若将二极管电流增大一倍，则光输出也会增加一倍；但是电流较高的时候，情况就截然不同了：电流上升100%仅能使光输出量增加80%。这一点很重要，因为LED是由开关电源驱动的，这会导致在LED小产生相当大的纹波电流。实际上，电源的成本在某种程度上是由所允许的电流大小决定的,纹波电流越大，电源成木就越低，

5、但光输出会因此受到影响。642186-41^1oaafan0201.5lout(A)22.5图2电流超过1A以上,LED效率就会降低图3量化显示了叠加于DC输出电流Z上的三角纹波电流所引起的光输出的减少。在绝大多数情况下，该纹波电流的频率高丁肉眼可以看到的80Hzo并且，肉眼对光线的响应是指数式的，不能察觉岀小于20%的光线减弱。因此，即使LED中出现相当大的纹波电流，我们也不会察觉出光输出的减少。xnzP9N二CIW^ON91%UsefulLifeofHighBrightnessWhiteLEDsatDifferentOperatingTemperatures10%

6、20%30%40%50%60%70%80%90%100%Ipldlout图3纹波电流对LED光输出的轻微影响此外，纹波电流还通过提高功耗而影响LED性能，这可能导致结温升高，而且对LED的使用寿命有重大影响。图4给出了一个例子，其中LED的相对光输出是时间和结温的函数。如果我们确立了LED的使用寿命光输出为额定的80%,则LED的使用寿命将从74摄氏度时的10000小时延长到63摄氏度时的25000小时。图4高结温会缩短LED的使用寿命图5量化显示了由于纹波电流造成的LED功耗的增加。与LED的散热时间常量相比，由于纹波频率较高，因此高纹波电流（以及高峰值功耗）不会影

7、响峰值结温，其是由平均功耗决定的。LED的大部分压降就像一个电压源，因此电流波形对功耗没有影响。然而，压降有一个电阻分量，并且功耗由该电阻乘以均方根（RMS）电流的平方决定。图5还阐明即使是在纹波电流较人的时候，对功耗也没有重人影响。例如，50%的纹波电流仅増加不到5%的功率损耗。当大大超过此水平时，您需要减小电源的DC电流以保持结温不变，从而维持半导体的使用寿命。根据经验结温每降低10摄氏度，半导休的使用寿命就会延长两倍。并且，由于电感的限制许多的设计都倾向于更小的纹波电流。绝大多数的电感的设计旨在处理小于20%的Tpk/Tout纹波电流比率。01