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功率技術/新能源  

利用電感型轉換器提高LED照明效率

上網時間: 2008年10月20日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:inductive converter  電感型轉換器  LED 

LED在手機的LCD背光中的廣泛應用已經有若干年了。如今其應用正擴展到大面積的LCD應用,包括袖珍PC、汽車導航GPS、數位相框、可攜式DVD乃至筆記型電腦。LED也正開始取代家用的、汽車和其他通用光源的傳統白熾燈和鹵素光源。這一趨勢背後的驅動力是技術的快速進步,包括LED更亮,效率更高,價格更具競爭能力。實際上使用LED的理由很簡單,就是它們具有高可靠性和更長的壽命,在不需要更換的地方為終端用戶提供免維護的產品。

為了在LCD應用中提供均勻的背光,幾個白色LED通常沿著LCD的一個邊安裝。LED的數量正比於LCD的尺寸。對於中等尺寸(7-10英吋),通常共使用20-40個LED。這些LED通常被連接成平行的3個或更多的LED串。為了減少連接點,許多LCD只提供一個2端介面。這裡,所有的LED串必須在內部平行連接,然後連接到一個單電源上。

驅動類型

為了在中等LCD尺寸的應用中獲得所期望的亮度,要求驅動器在所有的工作條件下能夠為LED提供一個可調整的電流。通常,採用兩種LED驅動技術:即容性電荷泵和基於電感的交換式穩壓器。本文將集中討論能夠為LED提供1-6W功率的電感式轉換器LED驅動電路。

電荷泵型LED驅動如今在手機和其他小尺寸的LCD背光應用中普遍使用,原因在於它們的高亮度、低成本和實現容易。電荷泵所需要的外部零組件只有3只或4只電容,且沒有電感。不過,其輸出功率有限。

雖然一些大功率快閃型LED電荷泵能夠提供高達2W的功率,其輸出電壓最大只能到6V,因此無法驅動2只以上串聯的LED。電荷泵中的通道數量(通常為6個)決定了LED的數量。由於更多的通道意味著需要更多的接腳和更大的封裝,因此電荷泵限制了在中等尺寸面板中的應用。

LED正向電壓(VF),LED電流以及電源電壓範圍的不同組合,決定了所需的電感型轉換LED驅動器的類型,LED VF隨著電流、溫度和LED型號的不同而變化。出現在最低溫度時的最大VF是選擇LED驅動電路結構的關鍵參數,通常是在線性結構、降壓或升壓結構中進行選擇。本文中假定最大VF為3.8V。

當選擇LED驅動IC時,關鍵參數包括開關電流極限、最大輸出電壓,以及需要保護開路LED條件所需的過壓保護閾值等。像電感和電容這類外部零組件也需要仔細選擇。

應用實例

以8英吋的LCD模組為例,包括總共9串(每串3只)白色LED組成的背光(圖1)。LED串的總電壓(LED的VF為3.3V)通常為10V(3×3.3V)。每只LED的電流為20mA,則總驅動電流為180mA(9×20),LED總功耗為1.8W。用一個AC電源配接器提供一個5V電源。一個基於電感的LED驅動器非常適用於該應用。

圖1:8英吋LCD模組背光電路。
圖1:8英吋LCD模組背光電路。

首先計算處理2W的負載需要多大的開關電流。假定效率為80%,輸入電流等於Vout×Iout/Vin×效率=10×0.18/5×0.8=450mA。CAT4139電感型升壓LED驅動器具有750mA(最小值)的驅動能力,故很適合於該應用。

電感的電流額定值應該能夠處理LED驅動峰值開關電流且不進入飽和。一旦出現飽和,就會出現電流突波,因為此時電感的功能便成了一只電阻,電路不再按照預期工作。合適的電感額定電流應該大於等於80mA。


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