高性价比之LED照明驱动设计方案..docVIP

高性价比之 LED 照明驱动设计方案 高性价比之 LED 照明驱动设计方案 By 俞仲威，聚积科技技术市场部项目副理 前言 高功率 LED 的问世加速了 LED 在照明产业的普及，同时也带来了新的挑战。LED 的使用寿命及电源转换效率 成为设计 LED 照明系统时的主要考虑因素，同时必须提供恒流(constant current)以维持 LED 色彩与亮度的一 致性。因此，设计良好的 LED 驱动器必须能提供精确的电流输出且不受输入电压及输出负载变化影响，且同时 兼顾能源转换效率及输出涟波等影响使用寿命的特性。磁滞型脉冲频率调变技术(Hysteretic PFM, HPFM)可以 大幅提升系统在低负载或高负载时的电源转换效率。本文将探讨如何利用恒流 LED 驱动器设计出具有高效率、 高稳定性且兼具高信赖性的 LED 照明系统。 定电压 vs. 恒流驱动模式 一般而言，LED 的输出亮度与流经 LED 的顺向电流约略成正比，使用定电压或恒流驱动器皆可达到点亮 LED 的目的。图 1 为最简单的定电压 LED 驱动器，LED 电流是由与 LED 串联的电阻 R1-Rn与 LED 的顺向偏压(forward voltage, VF)所决定。例如，输入电压为 5V，LED 顺向偏压为 3.6V，如果要设计 LED 电流为 20mA，所要使用 的镇流电阻经计算为 70Ω。虽然这种镇流器架构非常简单，但是若 VIN 变动则 LED 输出亮度也必然会随之改变； 同时量产品的 LED 顺向偏压不一致也会对每一串 LED 的输出亮度产生影响。在镇流电阻上的功率损耗也会造 成过热及低效率的问题，特别是在输入电压与 LED 输出电压相差极大时效率会越形低落。  R1  LED11  Rn  LEDn1 V IN + - LED12 LED13 LEDn2 LEDn3  图 1 定电压 LED 驱动器 另一个常用的 LED 驱动器为如图 2 所示的恒流模式驱动器。在图 2 中，LED 的电流是由线性稳压器所提供， 其电流可由 R1 电阻设定。与定电压模式驱动器比较，恒流模式驱动器藉由控制检流电阻 R1 两端跨压可以直接 控制流经 LED 的电流，在这种设计架构下，LED 输出电流只与 R1 的精确度相关，不受输入电压变化或是 LED 顺向偏压不一致影响。但是如果输入电压与 LED 输出电压之间压差过大的话，还是会在驱动器上产生过热的问 题。  ?Macroblock, Inc. 2011 Floor 6-4, No. 18, Pu-Ting Rd., Hsinchu, Taiwan 30077, ROC. TEL: +886-3-579-0068, FAX: +886-3-579-8934 E-mail: info@.tw  1 高性价比之 LED 照明驱动设计方案  VIN  OUT  V IN +  C IN FB  LED1 I LED +  C OUT  R1 图 2 恒流 LED 驱动器 磁滞型脉冲频率调变 MBI6661 的磁滞型脉冲频率调变控制方式可以在轻载应用下有效提升系统的效率。图 3 为 MBI6661 的应用电 路，而图 4 为磁滞型脉冲频率调变方式的波型示意图。图 3 中 RSEN 电阻两端的直流压降定义为 VSEN，MBI6661 的输出电流即是由此电压及电阻而定(MBI6661 中 VSEN=100mV)。图 4 中的 VH 为 MBI6661 内部的高位准参考 电压，其值为 VSEN 电压的 1.15 倍，而 VL 为 VSEN 的 0.85 倍。磁滞调变的原理为当电源打开时，因为此时 LED 电流为零使 VSEN 必然低于 VH，因此 MBI6661 内建的 MOSFET 导通对电感充电，此时电感电流增加连带使 RSEN 两端电压 VSEN 随之增加。当 VSEN 等于 VH 时，内建的 MOSFET 会被关闭，此时电感电流会透过飞轮二极管(D1) 放电而下降，因而使 VSEN 电压随之下降。而当 VSEN 电压等于 VL 时，内建的 MOSFET 又会再次导通并重复之 前的动作。由于磁滞型脉冲频率调变的特性，电感电流会一直维持在连续导通模式(CCM)，这对降低 LED 输出 涟波电流有很大的帮助。 磁滞型脉冲频率调变控制方式的切换频率会随着负载电流而变化，电流越大频率越低。在相同的负载条件下， 电感越大其切换频率会越低。MBI6661 的切换频率必须被控制在 40kHz 以上以避免音频噪声的发生。供做切换 频率与各参数间