發(fā)光二極管 (LED) 憑借能效和緊湊型優(yōu)勢，現(xiàn)已成為一項領(lǐng)先技術(shù)，適用于許多需要高強度照明的應(yīng)用。無論是汽車的內(nèi)燈和外燈、廠房和車間的高頂棚金鹵燈還是商店和家中的可編程燈具，LED 都是一個關(guān)鍵部件。
發(fā)光二極管 (LED) 憑借能效和緊湊型優(yōu)勢，現(xiàn)已成為一項領(lǐng)先技術(shù)，適用于許多需要高強度照明的應(yīng)用。無論是汽車的內(nèi)燈和外燈、廠房和車間的高頂棚金鹵燈還是商店和家中的可編程燈具，LED 都是一個關(guān)鍵部件。
在設(shè)計LED 驅(qū)動電路時，高能效是其中一個明確目標(biāo)，但通常要同時考慮可控性。能耗和審美因素都很重要，燈具制造商和用戶想要動態(tài)調(diào)諧光輸出，以滿足客戶需求；家庭用戶需要調(diào)光、三基色燈及色彩控制功能；許多工業(yè)和零售用戶希望能夠最大化利用環(huán)境光，使人工照明只需根據(jù)白天不同時段、車間不同場所的需求產(chǎn)生所需光照，從而降低耗電量。為此，燈具周邊傳感器將每分鐘報告一次環(huán)境光情況，以便 LED 控制器可以調(diào)整輸出進(jìn)行補償。
除了根據(jù) LED 燈具的功能需求選取方案以外，還可根據(jù)應(yīng)用要求選擇電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如調(diào)光性、色彩控制、長期可靠性、上市時間以及成本。本文詳細(xì)介紹了設(shè)計工程師可用的幾種方案選擇。
脈沖寬度調(diào)制(PWM) 技術(shù)vs電流恒定降低(CCR)技術(shù)
在選定用于控制 LED 光輸出的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時，就是選擇基于脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 還是電流恒定降低(CCR)技術(shù)的方案。若電路保持電壓基本恒定，且根據(jù)亮度和色彩要求改變流通各 LED 的電流，這樣的情況下兩種技術(shù)方案均適用。在前一種情況下，電流以離散電荷包的方式流通；在后一種情況下，則以持續(xù)電荷流的方式流通。
PWM 方式的優(yōu)勢是亮度和色溫需要單獨控制。優(yōu)化照明用 LED 的色溫通常會隨電流增加而變化。例如，某特定LED 型號在 300mA 情況下，以 2700K 色溫發(fā)光，上升至600mA 時，以 3000K 色溫發(fā)光。對于CCR 結(jié)構(gòu)，亮度將在既定電流情況下的色溫時達(dá)到最大。當(dāng)快速開啟和關(guān)閉 LED 時，PWM 控制可確保燈具以 3000K 發(fā)光，但是照明亮度會大幅發(fā)生變化。通常而言，由于PWM 頻率極高，人眼不會感到任何閃爍。
采用 PWM 控制方式，光輸出通常會隨著脈寬占空比的變動呈線性變化。采用 CCR，光輸出可能不會因電流的變化而完全呈線性變化。因此，對于那些需要將燈具調(diào)暗 50% 以下，同時保持預(yù)期色彩輸出的應(yīng)用場景來說，PWM 控制方式是更為理想的選擇。也因此，RGB 燈具通常需要采用PWM 控制方式來確保實現(xiàn)預(yù)想的色光混合效果。
對于光輸出需要最大化、調(diào)光控制相對次要的應(yīng)用，CCR 則具有優(yōu)勢。電源可以將較高的整體電壓傳輸至 CCR 燈具，即使是較長距離運行狀態(tài)的LED 燈串。同時，它還具有電磁輻射較低的優(yōu)勢，支持在不允許PWM 電路干擾的環(huán)境中安裝 LED 照明設(shè)備，例如醫(yī)院手術(shù)室和治療病房。
另一個 CCR 適用的應(yīng)用是汽車照明，例如內(nèi)燈和尾燈。使用線性電流源可讓 LED 在正常運行條件下的光輸出最大化，因此在前大燈組件中使用少量 LED 元件即可實現(xiàn)亮度最大化。然而，這種方式的最大化輸出可能要以LED較長使用壽命作交換。流通LED的最大電流是影響其使用壽命的主要因素之一，因為這會提高設(shè)備的內(nèi)部溫度。盡管采用的是短脈沖，PWM 控制器通常以較大電流驅(qū)動 LED。而CCR將峰值和平均電流相匹配，可降低LED的壓力，從而延長設(shè)備使用壽命。
設(shè)計師可采用多種方案去設(shè)計適用于 PWM 或 CCR 運行的LED 模塊，或兩者皆可用的高可配置性LED模塊。比如：基于電源的離散設(shè)計，例如線性或 DC/DC 轉(zhuǎn)換器與其他控制電路聯(lián)用。還可并入其他設(shè)備，以提供保護(hù)功能，防止出現(xiàn)例如開路負(fù)載等情況，并提供其他診斷。離散設(shè)計方案可提供最大靈活度，但設(shè)計周期和測試周期較長。
業(yè)界有多種 LED 驅(qū)動器 IC 都具備這些內(nèi)置功能，可大大簡化電路板布線和系統(tǒng)設(shè)計。若更為注重上市時間和集成簡便性，設(shè)計師還可使用集成了驅(qū)動器電子器件的現(xiàn)成子系統(tǒng)套件：他們只需選擇并添加所選的 LED 即可。
LED 驅(qū)動方案
對于更適用CCR 控制策略的應(yīng)用來說，Infineon Technologies 的 LITIX Basic支持汽車應(yīng)用，且具有診斷和保護(hù)功能。例如，通過 N-1 故障檢測，設(shè)備可以向主微控制器報告 LED 串可能損害系統(tǒng)完整性的故障問題。在汽車尾燈中，如果一條燈串的故障就足以將亮度降低到不可接受的程度，需要禁用該燈并向駕駛員報告錯誤情況，這可以通過微控制器向儀表盤電子器件發(fā)送消息來執(zhí)行。
LYTSwitch-6 LED 將 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和 LED 驅(qū)動功能集成在單一套件中。主要電源控制器基于準(zhǔn)諧振反激式轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，具有內(nèi)置 650V 電源場效應(yīng)管 (MOSFET)。向 LED 燈串提供電流的二級控制器包含磁耦合于主轉(zhuǎn)換器的發(fā)射機(jī)電路，恒定電壓和恒定電流控制電路。它支持恒定電壓和恒定電流輸出，能夠靈活地支持多種 LED 配置。在恒定電流控制下，LYTswitch-6 適用于驅(qū)動不同長度的 LED 燈串，且燈串中的設(shè)備在單一電源供電下產(chǎn)生不同電壓。在恒定電壓模式下，設(shè)備適用于 PWM 模式，可支持調(diào)光至零輸出及RGB 陣列色彩控制。
XP 的 DLG 系列電源元件為采用恒定電壓或恒定電流技術(shù)的 LED 提供全套解決方案，適用于面向惡劣環(huán)境應(yīng)用的系統(tǒng)。DLG 元件防水防塵，符合 IP67 標(biāo)準(zhǔn)，可浸入水下1米。直接由 AC 主電源供電，無需其他前端電源轉(zhuǎn)換器。DLG 元件搭配外部 LED 燈串使用，為戶外廣告牌和信息牌等應(yīng)用提供支持。
針對LED 需要并入固定器的應(yīng)用場景，TE Connectivity 生產(chǎn)的 Lumawise Z50 可提供快速上市解決方案。Z50 將 DC/DC 轉(zhuǎn)換器和 LED 驅(qū)動器電路一起并入固定器中，由 48V DC 電源供電，適合集成到燈光和追蹤照明系統(tǒng)中，例如零售展示應(yīng)用中通常所用的系統(tǒng)。
LED 的靈活性意味著設(shè)計師擁有許多電路設(shè)計和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇，然而，市場上還有許多其他可匹配所選設(shè)備性能、適用于目標(biāo)應(yīng)用的解決方案，且能夠同時實現(xiàn)定制化設(shè)計及快速上市的目標(biāo)。作為電子元器件與開發(fā)服務(wù)分銷商，e絡(luò)盟堅持為電子設(shè)計工程師提供最新技術(shù)，并為他們從早期設(shè)計和小批量制造直至大批量生產(chǎn)整個流程提供無縫支持，滿足他們不斷變化的需求。