線性LED驅(qū)動(dòng)器IC為何必然替代偏壓電阻器

利用簡單的電阻器限制led串中的電流看似最為經(jīng)濟(jì)和簡便，那么為何還要費(fèi)盡心思地使用線性驅(qū)動(dòng)器IC？
實(shí)際上，線性驅(qū)動(dòng)器所帶來的益處很多，具體包括：
● 避免使用復(fù)雜、昂貴的器件（補(bǔ)償不斷變化的正向電壓需要不同型號(hào)的電阻器）。通過脈寬調(diào)制（PWM）方式調(diào)節(jié)亮度。
● 由于可采用不穩(wěn)定的系統(tǒng)電源，降低了系統(tǒng)成本。
● 減少了所需的板卡空間。
● 使用更多的LED，提高了系統(tǒng)效率。
● 理想的LED偏置和保護(hù)功能，最大限度延長使用壽命。
在許多應(yīng)用中，例如標(biāo)志牌、彩虹管、廣告牌、建筑照明燈、汽車照明燈、飛機(jī)照明燈等，線性驅(qū)動(dòng)器都可滿足相關(guān)應(yīng)用的需求。

除上述優(yōu)勢(shì)外，對(duì)于采用電池供電且需要對(duì)電源電壓進(jìn)行升壓的移動(dòng)設(shè)備，線性驅(qū)動(dòng)器也有其局限性。 下文將介紹該線性LED驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢(shì)，并為LED驅(qū)動(dòng)器的部署提供建議。

恒流優(yōu)勢(shì)
由于具備二極管特性，LED需要恒定電流源，而不是恒定電壓源。利用串聯(lián)電阻器使LED電流保持恒定需要很大的電阻器壓降，因此會(huì)降低系統(tǒng)效率。另一方面，如果系統(tǒng)電壓或LED正向電壓發(fā)生變化，串聯(lián)電阻器的小電壓降會(huì)導(dǎo)致所需的LED電流出現(xiàn)較大偏差。

維持恒定的LED電流，可防止因系統(tǒng)電壓或LED正向電壓變化產(chǎn)生的過流所導(dǎo)致的過熱使LED受損。根據(jù)不同的LED正向電壓調(diào)整串聯(lián)電阻器，這種方法已經(jīng)過時(shí)。LED驅(qū)動(dòng)器有助于提高整個(gè)系統(tǒng)的亮度精確度，同時(shí)最大程度減少發(fā)光質(zhì)量的降低。

圖1 串聯(lián)電阻器LED驅(qū)動(dòng)vs恒流LED驅(qū)動(dòng)器TLE4242

圖1顯示采用三個(gè)標(biāo)稱正向電流為350mA的LED的汽車應(yīng)用。選擇串聯(lián)電阻器困難很大：在低電池電壓條件下，正向電流較低，LED亮度不足。如果出現(xiàn)瞬變（負(fù)載突降、雙電池），LED很可能受損。在低電池電壓條件下，恒流源可防止LED受損，提供更強(qiáng)的亮度。

極低壓降提高系統(tǒng)效率
LED串中的最大LED數(shù)量主要取決于電阻器或LED驅(qū)動(dòng)器的壓降。如果采用電阻器，要想獲得最恒定的電流需要較大的壓降。然而，這就意味著要產(chǎn)生熱量而不是光。線性LED驅(qū)動(dòng)器可以較低的壓降，提供恒定電流，這樣就可以在LED串中使用更多的LED，提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。TLE42xx系列的典型壓降為0.5V，最大壓降為0.7V，BCR4xx系列的典型壓降為1.2V，最大壓降為 1.5V。

無須無源濾波組件
與通過升至高壓為長LED鏈路供電的開關(guān)模式轉(zhuǎn)換器不同，并聯(lián)LED串獨(dú)具優(yōu)勢(shì)：由于線性驅(qū)動(dòng)器不發(fā)光，因此無須采用無源濾波組件。

用作高側(cè)開關(guān)
TLE4241和TLE4242 LED驅(qū)動(dòng)器在關(guān)斷模式下，靜態(tài)電流不足1μA，這使得它們適合用作高側(cè)開關(guān)。

通過PWM調(diào)節(jié)亮度
采取兩種途徑調(diào)節(jié)LED的亮度：調(diào)節(jié)LED的正向電流水平或?qū)︻A(yù)定義正向電流進(jìn)行PWM調(diào)節(jié)。鑒于以下兩點(diǎn)原因，建議不要采用調(diào)節(jié)正向電流的方法。首先，LED在亮度范圍內(nèi)，并沒有在最佳效率點(diǎn)工作。其次，正向電流不同于標(biāo)稱LED電流可能會(huì)導(dǎo)致輸出的燈光顏色改變。PWM亮度調(diào)節(jié)通過低頻PWM信號(hào)調(diào)節(jié)LED輸入，可解決上述兩個(gè)問題。LED在單電流驅(qū)動(dòng)電平條件下導(dǎo)通，其亮度可通過改變LED導(dǎo)通的平均時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)負(fù)載周期，該頻率不應(yīng)低于200Hz；通常情況下，500Hz～1kHz足以使用。PWM控制裝置集成至TLE4241、TLE4242或 BCR450等單芯片解決方案。BCR40x LED驅(qū)動(dòng)器系列允許通過外部數(shù)字晶體管完成PWM亮度調(diào)節(jié)。

LED診斷
為了識(shí)別故障LED，TLE42xx系列可在狀態(tài)輸出條件下，指示開路負(fù)載情況。它還可直接與采用至VCC的上拉電阻器的微處理器連接。圖2和圖3為采用英飛凌LED驅(qū)動(dòng)器的不同應(yīng)用。

保護(hù)與安全
LED通常具備正溫度系數(shù)，即LED正向電壓隨著LED溫度的升高而降低，導(dǎo)致LED隨著溫度上升而消耗更大的電流。這將潛在地導(dǎo)致熱量失控和LED損毀。因此，需要對(duì)二極管電流進(jìn)行控制，使其保持恒定。

圖2 與外部功率級(jí)一并使用的低成本BCR450線性LED驅(qū)動(dòng)器

TLE4xxx與BCR4xx線性恒流LED驅(qū)動(dòng)器適用于惡劣的環(huán)境，例如交通照明、建筑物照明、鐵路、交通或汽車應(yīng)用。該產(chǎn)品允許瞬變電壓高達(dá)45V（由型號(hào)決定），可在高達(dá)150℃的結(jié)溫下工作，可承受很高的發(fā)熱溫度。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，過流與過溫保護(hù)功能可保護(hù)IC及其應(yīng)用。 TLE4xxx系列能夠承受反向連接電源電壓。

散熱與傳熱
在系統(tǒng)電壓不斷變化的條件下，為了最大限度減少熱量，獲得恒定亮度，LED正向電壓最大值應(yīng)接近（但等于或低于）供電電壓減去LED驅(qū)動(dòng)器壓降。當(dāng)LED正向電壓為最小值，輸入電壓為最大值時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)器的損耗最大。

圖3 TLE4241 LED驅(qū)動(dòng)器具備PWM控制和開路負(fù)載檢測(cè)功能

有幾種散熱和防止PCB出現(xiàn)溫度梯度的方式：
● 并聯(lián)使用幾個(gè)小型且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的封裝，但需使其在PCB上各自分離。
● 使驅(qū)動(dòng)器電路與功率晶體管分離。該原理也可使功率晶體管適應(yīng)實(shí)際所需的二極管電流。
● 采用高性能TAB封裝（如小型SCT595或大型TO263封裝），實(shí)現(xiàn)與PCB良好的熱接觸，將熱阻降至最低。

總結(jié)
利用線性恒流LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)LED是最經(jīng)濟(jì)有效的方法。它的靈活性以及技術(shù)優(yōu)勢(shì)可提高效率，優(yōu)化系統(tǒng)成本，促進(jìn)LED應(yīng)用的普及。