利用LED驱动程序设计实现更高效的AC-DC转换拓扑

减少闪烁，更平滑的调光，更小的封装尺寸，更低的功耗水平，更高的精度以及更低的材料清单（BOM）成本都是LED驱动器制造商和用户的目标，旨在扩大LED的市场适应性在包括灯具，灯具，改装和改装情况的应用中。

为了实现这一目标，所有人都在试验传统AC-DC转换拓扑的变化，然后用反激反馈电路驱动和控制LED 。本文将从功率因数校正（PFC），功耗，调光范围，输出亮度和恒定电流需求等方面来考察低，中，高级LED的性能要求，最后将提供一些关于并联和串联布置的建议。

LED驱动器设计类型的选择取决于要驱动的LED的选择。一些LED制造商正在推动中功率LED（通常输入电流约为30至150 mA，发光度为30至110流明，效率高达130 lm/W）。然而，这可能导致较低的输出光水平，较高的驱动电流，较大的功率耗散和较低的光质量。它还会影响功率因数校正（PFC），并可能导致输入恒定电流水平不令人满意。

然而，一些大功率LED制造商认为使用更多高功率LED来获得更多光输出可以是有益的。这种方法可将散热器成本降低60％，并且需要的光源减少80％，从而减少印刷电路板空间，减小光束角度，减少光学器件，从而降低系统成本。最终，在可接受的性能水平下降低成本将是决定性因素。

一些LED驱动器制造商正在通过增加其他功能来帮助设计人员为其产品增加价值。例如，Allegro Microsystems将传感器与驱动器结合在一起。用于汽车和其他应用的霍尔效应传感器制造商为A1569 LED驱动器提供集成的霍尔效应开关和稳压器，允许在7至24 VDC的电源电压下工作。除消费电子产品，白色家电，船用房车和摩托车外，它还针对内部和辅助汽车照明应用，如手套箱，中控台，化妆镜，行李箱/靴子，卡车床等。它有两个版本：A1569K是汽车级（AEC-Q100），可在-40˚C到125˚C的宽温度范围内工作，而A1569E则更适用于工业和消费类应用，工作温度范围为 - 40˚C至85˚C。两者均符合RoHS标准，采用耐热增强型SOIC-8表贴封装（代号：“LJ”）。

LED驱动电流由外部电阻设置;然后，LED由内置霍尔效应开关激活，并具有可调节的淡入/淡出效果。全极化操作（北极或南极）和高磁灵敏度使A1569能够承受大气隙和机械不对中。系统组装更容易，因为磁体可以朝向设备的任一极定向。斩波器稳定在工作温度范围内提供低开关点漂移。也可以通过外部输入激活驱动器，以直接控制LED。

A1569是降压 - 升压电荷泵驱动器。它具有热关断和欠压锁定功能，单通道或多通道输出（最多16个），输出电流从20 mA到每通道3 A。多种强度控制方法，包括每通道高分辨率的脉冲宽度调制（PWM）控制，可在串联和并联LED配置中轻松使用（图1）。

图1：Allegro Microsystems的A1569 LED驱动器上的LED驱动电流由外部电阻设置。它由内置霍尔效应开关激活，该开关具有可调节的淡入/淡出功能，使用可选的外部电容CFADE。 （来源：Allegro Microsystems）

一些LED驱动器公司选择采用简单的方法，从而降低整体材料成本。极低BOM的一个例子是Diodes Inc.的AL1677通用AC输入（85至115 V）高效率（大于90％）和高精度LED驱动器转换器，采用SO-8封装（图2） ）。

图2：更少的PC板空间和更低的材料清单（BOM）是Diodes Inc的AL1677通用高效率和精确度LED驱动器的特性它采用8引脚小外形封装。 （来源：Diodes Inc.）

其拓扑结构提供精确的恒流线路和负载调节，以边界导通模式（BCM）工作，以协助符合最新法规的EMI/EMC认证和测试。电流检测容差在±3％以内，工作电流低至170μA。

AL1677系统取代辅助绕组和外部高压MOSFET（内置50 V MOSFET）很少有外部元件，如二极管桥，电感，几个电容，二极管和五个电阻，以创建低BOM解决方案（图3）。

图3：在典型应用中，Diodes公司的AL1677通过去除通常使用的辅助绕组和高压MOSFET降低了BOM，同时实现了超过90％的高效率（来源：Diodes Inc.）

AL1677具有全面的保护功能，可提高系统安全性和可靠性，如欠压锁定（UVLO），前沿消隐（LEB），输出和短路保护以及过流保护。当驾驶员的温度高于设定值时，热折返功能可降低输出电流。

另一种选择？

微控制器单元（MCU）与传感器和LED相结合，通过精确控制LED的电流来提供更多智能LED功能，而不是使用驱动器室内照明，电器和汽车等应用。这种数字和模拟功能的组合使用户可以将调光控制到所需的用户级别，据说与仅使用驱动器和LED相比，它的功耗更低。

可以降低成本由于最近直接从交流线路运行的LED光引擎（LE）的发展，使用由AC线路供电的LED驱动器。它们将AC线电压转换为DC。它们被证明可以提供更好的闪烁性能和更高的输出光效以及高功率因数等级。

这种所谓的AC-LED技术使用电流控制电阻器和电容器。然而，由于OEM（灯具，夹具，宝库和改装公司）必须与LE制造商更紧密地合作以获得更精确的目标设计和总成本，因此可能存在缺陷，因为可能存在缺陷。

批评者认为，OEM照明制造商需要在夹具尺寸，形状，安装孔位置，色温和光输出方面设计自由度，LE可能并不总是如此。除非LE设计师和OEM在一开始就建立了非常密切的关系，否则这些需求可能会受到影响。

结论

目前，使用反激技术似乎最适合驱动低功率和中功率LED，而线路和负载控制（LLC）提供最佳效率水平。使用PWM转换是驱动当前LED的最常用方法。

关于LED电路拓扑结构，将它们串联而不是并联是低成本设计考虑因素的首选方法。这通常通过使用与LED串联的电阻器来完成。当电流流过不同的分支时，在一系列分支中的并行驱动可能导致与LED的正向电压不匹配的可能性。具有最低总正向电压的分支中的每个单独LED或LED的正向电压将消耗最大电流，导致每个不匹配LED的pn结中的温度升高和潜在的故障。

为使LED正常工作，驱动器电源必须为LED提供正确的电压。电压过低会导致不希望的调光，过高的电压会导致LED过热并可能造成损坏。照明专家建议，为了正常的LED操作，驱动器的功耗至少比LED本身高10％。

毫无疑问，LED，驱动器和其他设备的硅集成度更高将出现诸如传感器和其他控制元件的元件。但是，当可能发生这种情况时，需要根据市场需求，成本和IC技术的进步。