[转载]浅谈高亮度LED驱动技术 [复制链接]

胡黎强，华润矽威科技(上海)有限公司 )Hmf=eoc  
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　　LED照明作为一种全新的照明技术，得到了全世界的关注，被誉为人类照明史上的第三次革命。与相对传统的卤素低压照明相比，采用高亮度LED作为室内装饰灯、景观照明、车载照明具有很多好处。高亮度LED能以更小的功率消耗提供更大的亮度，具有节能、环保、抗震、使用寿命长和快速接通的特点。 /OzoeIt  
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　　LED亮度控制技术 7#%Pry  
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　　LED的亮度由流过的电流决定，然而对于不同的LED，相同的电流对应的正向电压却不相同，表1列出了针对一个高亮度LED的典型正向电压和驱动电流的相互关系。 J;8d-R5  
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　　由于在不同的应用环境电源电压不同，以及LED正向电压的不同，为了确保LED最佳的性能和长久的工作寿命，就需要一个有效的恒流驱动电路，而不是传统AC/DC或DC/DC的恒压控制，通常采用一个电流检测电阻反馈LED电流实现其恒流控制。在很多应用中，都需要对LED的亮度(输出电流)进行调节，调节亮度一般有三种方法，一是通过调节电流检测电阻大小实现调节电流，二是通过改变基准电压(LED电流等于基准电压除以电流检测电阻)，三是脉冲宽度(PWM)调光。然而，前两种方法(模拟调光)在改变LED亮度的时候无法保证LED的色度，如绿光LED的色度偏差随电流变化的关系如图1所示。 ektU,Oo  
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　　为了避免电流变化引起的色度偏差，脉冲宽度调光(PWM)是一种有效的方法，PWM调光是保持正向导通电流不变，通过控制电流导通和关断的比例，从0%～100%的范围调节亮度。比如，要控制LED亮度为33%，则在每个周期电流开通33%，模拟调光和PWM调光如图2所示。 U].]K  
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　　为了避免眼睛能够看到LED的导通和关断，PWM调光的频率要高于100Hz。高于100Hz，眼睛就会对导通和关断时间进行平均，仅仅看到由PWM占空比决定的有效亮度。PWM调光的优势是LED正向导通的电流一直是恒定的，LED的色度就不会像模拟调光一样会变化。PWM调光可以在精确控制LED的亮度的同时，也保证LED发光的色度。对于一定频率的PWM调光，调光的范围取决于LED电流从关断到设定值的时间。比如，LED电流从关断到设定值的时间为20ms，对于100Hz的PWM调光比计算如下。 y7fy9jQ 8.  
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　　100Hz的PWM调光最小占空比为0.2%，调光比为500:1(0.2%～100%)，假如PWM调光频率为1kHz，则调光比为50:1(2%～100%)。 -R:_o1"  
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　　高亮度LED驱动方案 0O>ClE~P  
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　　美国市场调研公司Strategies Unlimited预计，到2010年，高亮度LED市场将达到83亿美元。面对如此诱人的市场，国外知名的电源管理芯片厂商如Linear Technology、National Semiconductor、Maxim、Zetex等都推出了一系列高亮度LED驱动方案。而国内LED驱动领先的华润矽威科技也推出了一系列高亮度LED驱动方案。比如华润矽威科技最近推出的降压型LED驱动芯片PT4115，该芯片在PT4105的基础上把输入电压范围扩大到8V～40V，输出LED电流提高到1.2A，以适应快速发展的大功率LED市场。PT4115使用非常容易，典型应用如图3所示，它只需要一个输入电容、一个电感、一个二极管和一个采样电阻，共四个外部元器件。 ufL<L;Z\;  
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　　PT4115可以驱动多达7个串联的LED，提供从1W～28W以上的输出功率，效率高达97%，如图4所示。由于外部电流检测电阻的压降仅为100mV，以及内部0.4Ω的导通电阻，降低了芯片和系统的功耗，大幅提升了LED照明系统的效率，达到省电的效果。同时PT4115输出LED的电流精度达±5%。 !EhKg)y=  
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　　为了方便用户有效的调光，PT4115可以接受PWM和模拟调光，特别需要指出的，PT4115极为快速的电流响应时间使得在100Hz PWM调光时的调光比高达5000:1(0.02%～100%)。图5、图6给出了PWM和模拟调光的特性曲线。 5MAfuHq^  
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　　从图7可以看出，PT4115电流设定时间仅为2ms。PT4115很宽的PWM调光频率范围使得客户灵活的选择以减小对系统的影响，比如选择大于20kHz的PWM调光频率就避开了对音频的干扰。PT4115内部的过温保护以及通过DIM管脚外接热敏电阻(NTC)检测LED温度，实现对LED的双重的过温保护，在MR16灯杯散热不是很理想的环境下非常必要。另外，PT4115采用了抖动频率技术降低EMI。 ^x: lB>  
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　　为了满足客户直接通过110/220VAC驱动LED的要求，华润矽威科技相应推出了一颗PT4107，其典型应用如图8所示，它采用华润矽威专利的峰值电流补偿技术使得LED电流在很宽的线电压和输出电压范围保持恒定。PT4107输出功率超过60W，效率高达90%，适用于景观照明、街道照明和LED日光灯等领域。 ujX;wGje  
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　　另外，华润矽威还有升压型高亮度LED驱动芯片PT4108和升降压型LED驱动芯片PT4303，这两颗芯片分别由2颗AA干电池或一颗锂电池供电驱动一颗3W或1W高亮度LED。 f|~{j(.v  
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　　高亮度LED驱动技术的挑战 3uqhYT;  
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　　虽然LED驱动市场前景可观，但仍有一些技术挑战，目前面临主要的挑战有：第一，以大调光比高效率对LED调光，保证高、低亮度色度不变的同时，降低对系统的干扰和EMI；第二，配合系统设计，对LED温度进行有效的检测和控制，保证LED可靠的工作，体现其寿命长和使用成本的优势。 =Nxkr0])!