兩種類(lèi)型

　　要在中型 LCD 面板應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)所需的亮度，需要驅(qū)動(dòng)器在所有工作條件下向 LED 提供穩(wěn)定的電流。通常，可以使用兩種類(lèi)型的 LED 驅(qū)動(dòng)器拓?fù)洌?a href="http://www.xsypw.cn/tags/電容/" target="_blank">電容式電荷泵和基于電感器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器。本文重點(diǎn)介紹為 LED 提供 1W 至 6W 功率的電感式轉(zhuǎn)換器 LED 驅(qū)動(dòng)電路。

　　電荷泵型 LED 驅(qū)動(dòng)器因其高效率、低成本且易于實(shí)施而廣泛應(yīng)用于手機(jī)和其他小尺寸 LCD 背光應(yīng)用。電荷泵所需的外部元件僅由三個(gè)或四個(gè)電容器組成，沒(méi)有電感器。然而，在輸出功率方面存在限制。

　　盡管一些高功率閃光燈 LED 電荷泵可提供高達(dá) 2W 的功率，但電荷泵的輸出電壓僅限于約 6V，因此無(wú)法驅(qū)動(dòng)兩個(gè)以上串聯(lián)的 LED。LED 的數(shù)量由電荷泵中的通道數(shù)量決定（通常多 6 個(gè)）。因此，中型面板應(yīng)用可能會(huì)受到電荷泵封裝的限制，因?yàn)楦嗟耐ǖ酪馕吨嗟囊_和更大的封裝尺寸。

　　LED 正向電壓 （VF）、LED 電流和電源電壓范圍的組合決定了所需的電感轉(zhuǎn)換器 LED 驅(qū)動(dòng)電路的類(lèi)型。LED VF 隨電流、溫度和 LED 型號(hào)而變化。

　　選擇 LED 驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)（線性、降壓或升壓）時(shí)，溫度下出現(xiàn)的 VF 是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，過(guò)壓保護(hù) （OVP） 水平也是如此。在本文中，假設(shè) VF 為 3.8V。

　　選擇LED驅(qū)動(dòng)IC時(shí)，關(guān)鍵參數(shù)是開(kāi)關(guān)電流限制；輸出電壓；以及防止 LED 開(kāi)路情況所需的過(guò)壓檢測(cè)閾值。電感器和電容器等外部元件也應(yīng)仔細(xì)選擇。

　　圖 1：所示為 8 英寸 LCD 模塊背光示例，共有 9 串，每串 3 個(gè)白色 LED。LED 正向電壓 （VF） 典型值為 3.3V 時(shí)，總燈串電壓約為 10V。

　　示例應(yīng)用

　　作為一個(gè)例子，考慮一個(gè) 8 英寸 LCD 模塊，它包括背光燈，總共有九串，每串三個(gè)白色 LED，如上圖 1 所示。 LED 正向電壓 （VF） 典型值為 3.3V 時(shí)，總燈串電壓約為 10V （3 x3.3V）。對(duì)于每個(gè) LED 20mA，總電流為 180mA （9 x 20），總功耗為 1.8W。5V 電源由交流電源適配器提供。基于電感器的 LED 驅(qū)動(dòng)器非常適合此應(yīng)用。

　　首先，讓我們了解一下處理 2W 負(fù)載需要什么設(shè)備開(kāi)關(guān)電流。假設(shè)效率 （？） 為 80%，輸入電流等于 Vout x Iout / Vin x ？ = 10 x 0.18 / 5 x 0.8 = 450mA。CAT4139 電感式升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)關(guān)電流限制為 750mA（值），非常適合此應(yīng)用。

　　電感器的額定電流應(yīng)能夠處理峰值 LED 驅(qū)動(dòng)器開(kāi)關(guān)電流而不進(jìn)入飽和狀態(tài)。一旦發(fā)生飽和，就會(huì)出現(xiàn)一些電流尖峰，因?yàn)殡姼衅鞯男袨轭?lèi)似于電阻器，并且電路不再按預(yù)期工作。額定電流為 800mA 或更高的電感器就可以了。

　　LED工作時(shí)的輸出電壓應(yīng)保持在輸出電壓以下。對(duì)于串聯(lián)的三個(gè) LED，在低溫下，總正向電壓可高達(dá) 11.4V （3 x3.8V）。

　　24V 開(kāi)路 LED 檢測(cè)閾值遠(yuǎn)高于該限制。如果 LED 斷開(kāi)，輸出電壓將增加并保持在 30V 左右，此時(shí)器件處于低功耗模式，僅從電源汲取幾毫安的電流。30V 額定輸出電容就足夠了。

　　現(xiàn)在，我們考慮使用 12V 電源供電的 6W LED 燈。這可以通過(guò)使用六個(gè)串聯(lián)的高亮度白光 LED 并以 300mA 的固定電流驅(qū)動(dòng)、典型正向電壓為 3.3V 來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　LED 燈串電壓通常為 20V，在低溫下可增至 23V （6 x 3.8V）。對(duì)于 CAT4139 這樣的設(shè)備來(lái)說(shuō)，這個(gè)電壓太高了。需要更高電壓的升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器（例如 CAT4240）來(lái)驅(qū)動(dòng)該負(fù)載。CAT4240 升壓 LED 驅(qū)動(dòng)器具有 40V 的更高過(guò)壓檢測(cè)閾值，并且與多 10 個(gè)串聯(lián) LED 燈串兼容。

　　圖 2：使用 CAT4201 BuckLED 驅(qū)動(dòng)器由 24V 電源驅(qū)動(dòng)五個(gè) 1W LED，以提供準(zhǔn)確的平均電流。

　　選擇降壓

　　當(dāng)電源電壓高于 LED 總正向電壓時(shí)，可以使用線性電流源或開(kāi)關(guān)降壓調(diào)節(jié)器來(lái)為 LED 提供恒定電流。

　　線性電流源有一個(gè)缺點(diǎn)——穩(wěn)壓器 IC 中的功耗與電源至負(fù)載的電壓差成正比。開(kāi)關(guān)解決方案具有更高的效率，可防止 IC 中散發(fā)大量熱量，使其保持接近或略高于環(huán)境溫度。

　　上面圖 2中的示例顯示了如何使用 CAT4201 降壓驅(qū)動(dòng)器從 24V 電源驅(qū)動(dòng)五個(gè) 1W LED。LED 電流由外部電阻器 R1 設(shè)置。CAT4201 降壓 LED 驅(qū)動(dòng)器提供在兩相開(kāi)關(guān)操作中實(shí)現(xiàn)的平均電流。在階段，內(nèi)部 CAT4201 FET 開(kāi)關(guān)將 SW 引腳接地，以便電流上升并對(duì)電感器充電。

　　施加在電感器上的電壓基本上是 24V 減去 LED 壓降。一旦電流達(dá)到確定的峰值，內(nèi)部開(kāi)關(guān)就會(huì)關(guān)閉，電流繼續(xù)流過(guò)肖特基二極管，直到電感器放電。

　　當(dāng)電感電流降至零時(shí)，重復(fù)上述過(guò)程，使電感電流波形呈三角形。在這種情況下，開(kāi)關(guān)頻率約為 260kHz。LED 兩端的電容器 C2 可限度地減少 LED 電流紋波。

　　電容器尺寸越大，紋波越小。本例中的整體轉(zhuǎn)換器效率（LED 功率除以 VBAT 功率）高達(dá)約 94%。

　　只要 VBAT 高于總 VF 加 3V，LED 電流就能保持良好的調(diào)節(jié)。低于該水平，LED 電流線性下降。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器及其外部組件必須針對(duì)每個(gè)特定應(yīng)用進(jìn)行正確配置。

　　開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器的高效率使得電源管理電路中的散熱不再是問(wèn)題，用戶(hù)可以從節(jié)能中受益。

　　線性電流調(diào)節(jié)器 IC 具有固有的低噪聲操作（無(wú)開(kāi)關(guān)）的優(yōu)點(diǎn)，但由于封裝溫度限制，主要適用于較低電流應(yīng)用。

　　當(dāng)談到驅(qū)動(dòng)中型面板和一般照明應(yīng)用時(shí)，電感式轉(zhuǎn)換器 LED 驅(qū)動(dòng)器是解決方案，可實(shí)現(xiàn)良好調(diào)節(jié)的 LED 和的整體照明效率。選擇正確的電感轉(zhuǎn)換器（升壓或降壓）取決于應(yīng)用電源和 LED 配置。