LED驅動電路的幾種架構

　LED驅動電路的幾種架構

最近LED電源在電視中大量採用，下面就簡單介紹一下LED電源中的幾種架構

1：LT3468雙輸出升壓型LED驅動器的應用電路

該電路是基於LT3486雙輸出升壓型LED驅動器應用電路，它以l00 mA恆定電流驅動兩串LED，LED電壓高達36V。這個升壓型變換器用小的電壓檢測電阻與LED串和用於PWM的調光MOSFET串聯，具有高效率。在整個汽車蓄電池電壓範圍內（9～16V）低於LED串的電壓。雙通道LED驅動器驅動20個LED組成兩個LED串，同時保持最高開關電壓低於該集成電路的42V額定值。

2：CAT3606的應用電路

CAT3606是一款高效率白光LED驅動器，這款可調電荷泵適用於通用的大面板無閃爍背光和雙白光LED顯示系統。CAT3606可替代傳統高亮度背光所需要的電感升壓電路，從而簡化系統設計。它具有大輸出電流，還可用於驅動主、副行動電話顯示屏或主顯示屏加一個低功耗相機閃光燈。通過獨立控制每組白光LED，CAT3606可使4隻白光LED主顯示屏和2隻白光LED副顯示屏變暗或進入待機模式。
　　該器件具有耗電不足1uA的系統徹底關斷功能，靈活的數字接口適用於不同的亮度控制電路，低噪聲和1MHz固定頻率使在設計中允許使用小型外接電容，以降低成本，簡化電路板設計。
CAT3606與鋰離子電池系統配合使用，可獲得90％的高效率，每個輸出通道的電流可調節，可精確地匹配多達6隻白光LED，確保面板的亮度一致。其獨特的分數電荷泵技術通過自動轉換1倍壓模式至1．5倍壓模式，確保在電池的整個使用壽命中保持白光LED閃爍。
CAT3606採用16引腳4mm×4mm QFN封裝，最大高度為0．8mm。該產品採用綠色封裝材料，不含滷素和鉛，符合RoHS要求。

3：NCP1200驅動LED電路

　　　該電路用一種低成本的離線恆流源為多個LED供電。一個全波橋式整流器（VD2～VD3）和濾波電容器C1向變換電路IC1及其關聯元件提供大約160V DC電壓。電阻器R3為IC1的電流檢測引腳改變偏置值，6．2kΩ的阻值允許R6使用1．2Ω檢測電阻器。相對於瓦特數較高的檢測電阻器，減小R6不僅可降低成本，而且能提高電路的效率。電容器C3用於穩定反饋網絡的電流，並且在LED串開路時，承載400Ⅴ額定電壓。由R5和C4組成的RC網絡可為CS引腳提供低通濾波功能。

4：基於LT3755的50W白光LED頭燈驅動電路圖

LT3755在LED串的高端側檢測輸出電流，高壓側電流檢測是用於驅動LED的最靈活的方案，PWM輸入提供了高達3000：1的調光比，而CTRL輸人則提供了額外的模擬調光能力。LT3755採用16引腳（3mm×3mm）QFN和MS0P封裝。LT3755的主要技術特性如下：
　　（1）寬輸入電壓範圍（4．5～40V）。
　　（2）高達75V的輸出電壓。
　　（3）叵定電流和恆定電壓調節。
　　（4）100mV高端電流檢測。
　　（5）可以採用升壓、降壓、降壓－升壓、SEPIC或反激式拓撲結構來驅動LED。
　　（6）具有LED開路、遲滯的可編程欠壓閉鎖保護功能。
　　（7）開路LED狀態引腳。
　　（8）PWM斷接開關驅動器。
　　（9）CTRL引腳提供了模擬調光功能。
　　（10）低停機電流：<1uA。
　　（11）可編程軟啟動。

5：LT3599驅動LED應用電路

6：LT3599開關頻率可以利用一個外部電阻器來設置，可調範圍為200kHz～2．1MHz。LED調光功能可利用CTRL引腳上的模擬調光電路以及PWM引腳上的脈寬調製調光電路來實現。即使在輸入電壓高於LED輸出電壓的情況下，LT3599也能夠準確地調節LED電流。它採用耐熱性能增強型32引腳（5mm×5mm）QFN和28引腳TSSOP封裝，為LED背光照明應用提供一個佔板面積高度緊湊的解決方案。

7：高效能、低成本、非隔離型350mA／12V LED驅動電路

　該電路具有精確的初級側恆壓/恆流控制器（CV／CC），省去了光電耦合器和所有次級側CV／CC控制電路，無需電流檢測電阻即可達到最高效率；自動重啟動用於輸出短路和開環保護；在整個輸入電壓範圍內滿載效率均大於80％，在265V交流輸入情況下空載功耗小於200mW；滿足EN55015和CISPR－22B級EMI標準和「能源之星」對固態照明（SSL）產品的要求。

　該電路具有元器件數量少（只需要9個元器件）、寬電壓輸入範圍適合全球要求、成本低、尺寸小、重量輕、效率高（AC85V輸入時效率大約為70％）、滿足EN55022BEMI要求、EMI裕量大於SdBIlV等特點。
　　該電路以開環方式工作且無輸出反饋，可用作恆流LED驅動器。該電路依靠LNK302PN的內部電流限制功能，確保供給負載恆定的電流。交流輸入電源被VD1、C1、C2和RF2整流和濾波，電阻RF1應採用可熔防火型。
LinkSwitch－TN通過調整使能和關斷周期的比例來調整輸出電流，這種類型的控制方式對整個工作範圍內的任何輸入電壓改變都具有內在的適應性。當流入反饋引腳的電流大於49uA時，MOSFET會在那個周期關閉。在這個應用中由於永遠沒有任何電流流入反饋引腳，器件會在每一個周期導通工作，使電流上升到限流點。由於每個周期的峰值電流是受限制和固定的，所以輸出功率僅由電感的大小決定。這個設計若以非連續方式（DOM）工作，除了9EMI特性比較好，也可以保證使用低成本的75ns反向恢復的整流管。對於以連續方式（COM）工作的設計，要求使用更快的整流管（30ns反向恢復時間）。
　　輸出由每個開關周期進行能量補充（66kHz），因此不需要輸出濾波電容。人的視覺暫留時間（典型值為1 0ms）比開關周期長很多，因此看到的是穩定發光而沒有閃爍。
　　根據LinkSwitch－TN設計指南選擇L1的電感量或使用PIXls設計表格。表格內輸出電壓單元格的值應為LED串的電壓值，輸出電流單元格的值應為總的LED串的電流。

7：NCP1216非隔離型離線式LED驅動電路

在不需要隔離的應用中，可以採用較為簡單的降壓拓撲結構，這種結構使用的電感比變壓器小得多，而且只需要很少的元件即可實現這種解決方案。這種結構採用的是峰值電流控制（PCC）模式，工作在深度連續導電模式（CCM）下。

　　該電路充分利用高壓工藝技術的優勢，從交流主電源直接為控制器供電，進一步簡化了電路。這種設計適合120V AC輸入，若要用於230v AC輸入，則需要變更少許元件，如功率FET和電容。由於這是一種非隔離型AC／DC設計，所以存在高壓。而且這是一項浮動設計，IC和LED並非對地參考。在對器件進行供電之前，LED必須連接至電路板。
　　對於這類降壓控制方式而言，當驅動的LED數量減少時，佔空比會變得極窄。而且開關控制器在電流被檢測到之前會有200～400ns的前沿消隱時間。在這種情況下，必須降低開關頻率來適應正常工作，並通過半波整流輸人電路將電壓保持在最低值。在這種方法中，基本結構能夠通過元件修改來輕易擴展，從而也能驅動多隻串聯的LED串。

8：NCP5603驅動LED典型應用電路

NCP5603是針對行動電話相機與其他可攜式電子設備中照明或閃光燈應用而設計的白光LED驅動器。它是電荷泵結構，採用外部兩個陶瓷電容來提供電源轉換功能，並免除電源轉換時需要的電感器，採用DEN-10封裝，尺寸僅為3mm×3mm×0．9mm，其佔用PCB面積相當有限，非常適合厚度較薄的可攜式電子設備應用。NCP5603可在2．7～5．5V電池電壓輸入範圍內提供給負載穩定的電壓輸出，具各1倍壓、1．5倍壓和2倍壓自動工作模式，使器件的工作效率可達90％。NCP5603特別適合在需要較長電池使用時間的低成本、低耗電應用中驅動高電流LED。由於它能夠輸出高達350mA電流脈衝，所以可用於驅動功率達1W的高亮度LED，獲得更佳的畫質。NCP5603還擁有EN／PWM輸入接腳，適用於亮度控制。此外，由於NCP5603不需要外部電感來儲存能量，所以還能夠作為低成本小型升壓式DC／DC變換器，可為行動電話、MP3播放機或數字相機等可攜式電子設備的音頻放大器提供4．5V或5V固定電壓輸出。

9：基於LM2734的恆流驅動LED電路

LM2734是1A降壓型穩壓器，利用LM321運算放大器獲取採樣電阻Rset上的電壓，結合其他電阻和電容就可以構成一個完整、高效的大功率LED恆流驅動電路。
　　電路中，採樣電阻Rset決定了恆流驅動電路的設計，而且對整個系統的效率有重要影響，因此Rset的設計參數對節省能源至關重要。一般來說，如果要求LED驅動電流的變化不超過標稱值的5％～10％，那麼採用精度為2％的電阻就足夠了。LED驅動電流的典型波動範圍是±10％。由於採樣電阻消耗的功率較大，應避免使用功率較小的貼片電阻。此外，LM3478方案適用於多個大功率LED的恆流驅動，而基於LM5021的恆流驅動設計方案則針對220Ⅴ AC／DC變換器的應用。

10：採用低頻變壓器及半波或全波整流的電阻限流的LED驅動電路

該電路的優點是：電路簡單、成本低。缺點是：體積大、電壓驅動模式，LED亮度會隨著供應電壓的變化而有所改變；無法提供恆流輸出；突波電流較大。這種LED驅動電源的電路結構非常簡單，只需要一個低頻變壓器、整流器、濾波電容，以及一個用於調整亮度的可變電阻。串聯LED的數目主要由變壓器的匝數比所決定。一旦選用變壓器的匝數比固定之後，若要得到一樣的亮度9就很不容易再改變LED的數目。

電感式升壓變化器LED驅動器

白光LED可以採用串聯或並聯連接方式，這兩種解決方案各有優缺點。並聯方式的缺點是LED電流及亮度不能自動匹配。串聯方式保持固有的匹配特性，但需要更高的供電電壓。因白光LED的正向壓降為3～4V（典型值），無論是並聯方式還是串聯方式，大多數可攜式電子設備的電池電壓都不足以驅動LED，所以需要一個獨立電源供電。
　　在串聯配置中，LED的數量受驅動器的最高電壓限制。若最高電壓為40V，在串聯配置中根據白光LED的正向電壓，這一最高電壓最多能夠驅動13隻白光LED，驅動電流的範圍是連續狀態的10～350mA。這種配置的優勢是串聯的白光LED可以用單線傳輸電流；缺點則是當PCB空間受限時（特別是高功率時），銅導線上的電流密度是個問題，而且如果在串聯模式中一隻白光LED發生故障，所有白光LED都將被關掉。但是，從設計角度看，如果有刀只白光LED，就要將電池電壓提升到n×Vp，所以必須採用升壓結構。可以利用電感元件精確地監控電流斜率，從而限制了非受控瞬間電流產生的EMI。典型的升壓拓撲結構如圖所示。

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