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适用于工业的高性能LED驱动器

文章：M. di Paolo Emilio

电子工业提供基于各种电路解决方案的驱动因素，以应对所有不同的照明应用，同时满足所有技术要求。

在过去的几年里，LED在市场上变得越来越多地建立了理想的照明解决方案（在非常不同的部门：汽车，宗旨，家电）凭借许多保证优势（更高的效率，节能，寿命更长的持续时间，降低成本）与其他技术相比。

尽管如此，设计师每天继续面临新的挑战：事实上，对具有低电噪声的紧凑型，高效驾驶员的需求越来越大，具有高光强度调节（调光）比率，以及极性反转等先进的保护功能，短路到GND或VCC，过电流或过电压保护，过热保护。所有参数都保证了电流和光通量之间的正确关系。

LED驱动器基本上是电源，可以适合于其操作的方式为LED供电，但可以通过配备有逻辑功能的设备以或多或少地使用该功能来控制此功能。

LED驱动器

电压和电流方面的源和波动的准确性是正确驱动器的基本设计参数。恒流LED（DC）驱动器通过具有可变电压的电子电路保持恒定电流，通常是LED应用最受欢迎的选择。恒定电压（CV）LED驱动器是电源，用于并联操作多个LED，例如LED条。

为了进一步使技术场景复杂化，另外两种因素也有所贡献：各种照明应用需要许多不同类型的司机;每个特定驾驶员还必须满足许多技术要求，这些要求反映在LED驱动器设计阶段。这些包括温度和湿度，电压范围，电磁干扰和兼容性（EMC），以及资格测试决定的可靠性要求。

如果允许生产高质量的光，则电源是正确的，以获得最大光转换效率（根据每个瓦的流明）并延长LED的寿命。LED光的质量主要通过精确调节电流来确定。

LED照明应用主要不同于其电源：一般来说，在低功率应用（最多20瓦），介质（20至50瓦）和高（超过50瓦）之间进行区分。低功耗应用的一个例子是国内电灯泡，而在该范围的另一端，我们找到了大型户外区域的照明，如停车场。

ICS驾驶员

LT3762是一个高效的同步LED控制器升压驱动器，输出电压可达60V。这种新的模拟设备驱动器集成了内部可编程PWM LED信号发生器并为低EMI噪声水平进行扩频频率调制。内部PWM生成提供250：1的比率调光，但也可以实现3000：1外部调光或模拟调光。其他功能包括电流控制模式，循环间隔限值，可调开关频率在100kHz和1MHz之间，可编程锁定欠压，打开LED保护和带有故障条件指示器的短路LED，过流LED保护和热关断（图1）。

图1：具有LT3762的典型应用电路[来源：Analog Devices]

A1569是一个带有霍尔传感器的LED驱动器;它是大型家用电器，消费电子产品和辅助照明和汽车内饰照明的理想解决方案，是AECQ-100合格设备。此解决方案确实是独一无二的：它是第一个（高度集成的）解决方案，即“将”一个霍尔效应传感器用系统开关功能，具有线性和可编程电流调节器，在单个集成电路（SO8）中能够提供高达150 mA的“控制”一个或多个LED。仅800mV的丢弃电压也表征了该装置，从而确保了仅7V（图1）的VIN的最小电压。基于OmniPolar Hall效应技术的固态交换机;集成到设备中支持静音激活，无需接触，与多次故障发生故障的机械开关相比，这是一个显着的升级。该开关非常敏感（操作点S = 40g，典型值），并且可以支持各种机械配置和不同的外壳，具有各种空气间隙和机械未对准程度（图2）。

图2.

图2：具有A1569 IC的典型应用电路[来源：Allegro]

GaN技术

自20世纪50年代后期以来，硅一直是电力管理的主导材料。与其他半导体相比，硅具有的优点可以概括如下：较低的成本，更高的可靠性和更大的易用性。随着新千年的到来，在消费者和军事市场中的新技术的开发导致了对高功率和高运行频率的需求。硅材料，不断减少改进的边缘，无法满足这些要求。因此，该研究的重点是开发新材料，这些材料可以打开晶体管的新途径，限制了具有高击穿电压和高电子迁移率的材料的研究。这些研究导致了氮化镓（GaN）的选择。

GaN技术的主要好处可以概括如下：

耐抵抗力和容量较低。GaN技术具有极高的输出功率密度，使得能够在设计阶段创建减少损耗和尺寸的设备，并简化PCB布局;
高击穿电场。它不仅消除了对电压转换器的需求，而且可能提高了效率;
一个非常大的带隙，即使在高温下也允许操作。HEMTS比其他设备表现出更好的性能。

为了以最大效率运行，LED照明转换器应具有尽可能小的外形系数，并且能够承受高温，因为它们非常靠近光源。GaN物理化学特性允许半导体更好地耐高温，同时降低电源尺寸。此外，可以实现更高的开关频率和更高的效率。然而，非常高的开关频率可以产生一些问题，即如果没有正确考虑，可以如此重要的是消除材料所提供的所有优势。在这些问题中是我们在电路内部的各种损失：最明显的是切换损耗。这种类型的损失不是唯一一个，因为电路内的其他组件（如二极管和电感器）也具有相当大的频率依赖性损耗。避免这种损失的主要思想是使用降压准谐振转换器（图3），目的是不增加组件的尺寸和数量。这种类型的切换允许具有高效率的电压转换器。我们将获得的是减少电压，通过晶体管以高电量通过输出电压的电源。通过使用软切换技术，我们可以进一步提高电路行为，因为当电压下降到零时，消除了电压和电流之间的重叠并且切换损耗最小化。 This type of technique significantly reduces the switching loss in Gallium Nitride FETs.

图3.