常用LED驅(qū)動方案（上）

April 16, 2019

引言

LED驅(qū)動已迅速成為功率轉(zhuǎn)換技術(shù)日益重要的應(yīng)用領(lǐng)域。除了要求更高效率、更低靜態(tài)電流之外，LED驅(qū)動還有不少更精細(xì)的要求，如LED匹配、調(diào)光、白光平衡等等。另外還有一些基本架構(gòu)問題，如LED是串聯(lián)還是并聯(lián)連接、是進(jìn)行高端還是低端關(guān)段。某些特定的LED實現(xiàn)方案能夠獲得不同程度的效果，比如眾所周知的感應(yīng)式升壓解決方案和電荷泵倍增器。而分?jǐn)?shù)電荷泵、4開關(guān)降壓-升壓解決方案和多路電感解決方案則被人忽略。后者也被稱為“SIMO”，即單電感多輸出，未來，隨著白光LED背光被更復(fù)雜的RGB同類產(chǎn)品所取代，預(yù)期這種技術(shù)將扮演越來越重要的角色。

LED簡介及工作原理

便攜式產(chǎn)品的發(fā)展趨勢是逐漸向更多多媒體應(yīng)用轉(zhuǎn)變。這一趨勢要求使用能夠支持?jǐn)?shù)百萬顏色的、分辨率更高的顯示屏。顯示屏的傳統(tǒng)照明方法是采用真空熒光燈管，但最近廣泛采納的是LED。LED的尺寸小得多，這對便攜式產(chǎn)品非常有利，而且LED的功耗也更小，還遠(yuǎn)比真空熒光燈更為可靠。不過，如何保持恒定的光強(qiáng)度和顏色是這一照明技術(shù)面臨的最大挑戰(zhàn)。了解白光LED的工作原理有助于了解如何確保其強(qiáng)度和顏色一致。

由于LED是半導(dǎo)體器件，相比其他光源，它具有獨特的特性，其中最顯著的是電流和光強(qiáng)度之間的非線性關(guān)系。圖1顯示一些典型LED的這種關(guān)系。

第二個顯著特性是有關(guān)LED的正向壓降。不同于白熾燈泡，LED并非純粹的電阻式負(fù)載。正向壓降隨LED顏色而改變。一般而言，紅光LED的正向電壓為2.2V，綠光LED的正向電壓3.1V。白光LED和藍(lán)光LED的正向電壓相同，典型值都是3.3V。

為便攜式設(shè)備中這些LED提供恒定的電壓和電流是一大挑戰(zhàn)。供電電源必須能夠自我調(diào)節(jié)以適應(yīng)不斷降低的電池電壓，否則光強(qiáng)度會隨電池電壓而變化。因此，這些設(shè)備需要非常特殊的電源。

驅(qū)動器選擇

保持LED電流和電壓恒定的常用架構(gòu)有3種。第一種是針對串聯(lián)LED結(jié)構(gòu)的感應(yīng)式升壓調(diào)節(jié)器。第二種仍是相同的感應(yīng)式升壓調(diào)節(jié)器，但用于并聯(lián)LED結(jié)構(gòu)。最后一種是電容式電荷泵。這些架構(gòu)各有其優(yōu)勢，但對于給定的應(yīng)用，僅有一種能夠提供最大的優(yōu)勢。

感應(yīng)式升壓調(diào)節(jié)器

感應(yīng)式升壓架構(gòu) (比如飛兆半導(dǎo)體的FAN5608) 的基本工作原理是利用電感的電流存儲能力。電感可以阻止電流變化，正負(fù)皆然。這種阻抗能力對器件上壓降的影響可以下式表示：

這一簡單的公式表明了升壓轉(zhuǎn)換器的工作原理。晶體管導(dǎo)通，電流開始在電感中流過，然后晶體管關(guān)斷。由于電流無法瞬間降為0，它繼續(xù)流經(jīng)二極管。電流逐漸減小，di/dt變?yōu)樨?fù)，導(dǎo)致電感上的電壓為負(fù)。

利用克?；舴?(Kirchokff) 電壓定律，可計算出輸出電壓。

Vin·ton+(Vin-Vout)·toff=0

上式可重新整理為

這里D代表ON占空比。由于D的范圍在0到1之間，故輸出電壓總是比輸入電壓高。輸出電壓與占空比成正比，因此，為了產(chǎn)生更高的電壓，必須提高占空比。FAN5608利用這種方法可使最大輸出高達(dá)18V。這樣一來，可驅(qū)動多達(dá)4到5個串聯(lián)LED。對并聯(lián)結(jié)構(gòu)，F(xiàn)AN5608能夠產(chǎn)生高達(dá)40mA的電流。

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