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LED電源設計的線性和開關式結合方案

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2019年12月26日  

為控制亮度,發光二極管(LED)需要恒定電流。把一只電阻器與一組LED串聯即可實現此點。由于一組LED的電壓和供電電壓都可能發生改變,因而必須使用專用的LED驅動保證電流的精準。以下兩種方案使用廣泛:線性恒流LED驅動器和步進降壓開關式轉換器,它們均有各自的優勢和劣勢。


線性驅動是簡單的方案,所需元件極少且基本無噪音。但是,其耗散的熱量和供電電壓與LED正向電壓之差成正比。為防止過熱,其封裝可能需要在PCB上額外劃分一個散熱區,這就增加了所需PCB的成本和數量,同時也增加了驅動IC因熱關斷,從而關閉LED的風險。


圖1LM393比較器監測LED串的低側電壓,并使能降壓穩壓器(CAT4201)或線性穩壓器(CAT4101)。


如果此驅動被置于LED旁,額外的熱量會使LED以更高的溫度運行,從而減少其壽命。降壓(或buck)轉換器效率高,產生的熱量很少,但是開關式方案需要一只電感和一個肖特基二極管。這個方案也會產生噪音,尤其是當供應電壓快降至LED正向電壓時。在汽車應用中,射頻干擾(RFI)是一個重要的考慮因素。建議在開頭式轉換器前面置放EMI/RFI濾波器,以阻止高頻轉換產生的噪音返回電源,因為它有可能干擾到AM/FM波段收音機等設備。


在降壓變換器性能不良,用盡余量時,線性驅動器的運行則是最佳的。為避免劣勢,發揮兩種方案的優勢,可以采取將線性與降壓相結合的方案,在保證效率的同時將轉換噪音降至最低。


理想情況下,電池電壓的波動幅度很大。如汽車應用場景下(8v至17v),線性/降壓驅動器能提供所需的較低噪音運行環境和較高的效率。當應用電壓升至限值以上時,LED驅動器則轉換為降壓模式,從而避免線性驅動器過熱。


本文中的電路可單獨選擇每個LED驅動器在開關模式和線性模式之間切換時的可調電壓閾值,并有額外遲滯以確保轉換順利進行。圖1顯示的原理圖采用了安森美半導體公司的CAT4201350-mA降壓驅動器,以及CAT41011A恒流LED驅動器,圖中也顯示了邏輯比較器。較常見的降壓結構有一個高側開關和一個低側二極管,CAT4201則不同,它互換了這些器件。


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