簡(jiǎn)單高效地控制高亮度LED

HBLED（高亮度發(fā)光二極管）是全球增長(zhǎng)最快的一種光源，它的發(fā)光效率在35～50Lm/W內(nèi)，超過了白熾燈和鹵素?zé)?。?jīng)過改進(jìn)，還可以用于生產(chǎn)發(fā)光效率大于100Lm/W的器件，這超過了日光燈的發(fā)光效率，堪與HID燈媲美。

圖1 基本的LED變換器為LED串聯(lián)結(jié)構(gòu)提供恒定電流

設(shè)計(jì)人員越來越多地在建筑物、街道和裝飾燈具、告示牌、高端電視以及顯示器中使用HBLED。而這些應(yīng)用需要AC電壓或者DC電源電壓來提供整流后的DC電流。通過控制器實(shí)現(xiàn)一種恒流源適用于存在低壓隔離電源或者通過class-2夾具將LED固定在難以靠近的位置的非隔離應(yīng)用，如交通燈。

Buck轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)適用于輸入電壓超過輸出電壓的場(chǎng)合，包括大多數(shù)告示牌、裝飾以及建筑照明。常見的陣列使用串聯(lián)的LED來保證經(jīng)過每個(gè)器件的電流相等（見圖1）。這避免了在并聯(lián)結(jié)構(gòu)中使用附加電路來維持電流的相等。但是，在單個(gè)串聯(lián)棧兩端的正向電壓超過可用的最大電壓或者轉(zhuǎn)換器的可用輸出電壓的情況下，大的陣列需要并行結(jié)構(gòu)。

如果串聯(lián)結(jié)構(gòu)中某個(gè)LED發(fā)生短路，其余的LED會(huì)繼續(xù)工作，但是，并行結(jié)構(gòu)中LED的故障將造成其余LED無法工作。

許多應(yīng)用中需要調(diào)光。基色LED的混合通過調(diào)節(jié)每種顏色的強(qiáng)度可以產(chǎn)生出光譜中的任何一種顏色，從而為顯示照明、告示牌以及情景照明提供了很多可能性。以IR公司的IRS2540為例，基于IRS2540的Buck整流器系統(tǒng)，由不會(huì)引起人眼可見閃爍的低頻邏輯電平PWM控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)，在整個(gè)亮度范圍內(nèi)可調(diào)。信號(hào)通過讓變換器工作在突發(fā)模式來確定平均LED電流，改變燈光的強(qiáng)度（見圖2）。另一種調(diào)光方法只需調(diào)節(jié)LED的DC電流，同時(shí)它也改變LED的顏色。

圖2 突發(fā)模式的調(diào)光為L(zhǎng)ED串的燈光輸出提供了極佳的控制，同時(shí)保持了極佳的色彩保真度

HBLED使得建筑師、設(shè)計(jì)人員、規(guī)格制定者以及制造商能夠?yàn)閯≡?、攝影棚、夜總會(huì)、餐館以及其他高可視性會(huì)場(chǎng)制造照明效果。數(shù)字場(chǎng)景控制提供了引人注目和不斷變化的照明顯示。

圖3 IRS2540為真正的平均電流控制提供了連續(xù)時(shí)間變換電流的監(jiān)視

LED光源自然也可以用于景觀和室外照明，它的壽命較長(zhǎng)，需要的維護(hù)較少，受濕氣入侵的影響較小。與傳統(tǒng)的燈泡不同，LED沒有容易破碎的部件，即使處理的不甚小心也無妨。

通過集成一個(gè)浮動(dòng)的高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)器，IRS2540能夠使用電流檢測(cè)模式來不斷地監(jiān)視LED的電流，見圖3。

IRS2540實(shí)現(xiàn)了平均電流控制而不是峰值電流控制，并提供了一種內(nèi)在的穩(wěn)定整流，這種整流可以在更寬的電壓和負(fù)載范圍內(nèi)工作而不會(huì)遇到設(shè)計(jì)的限制。電路的延遲會(huì)在電感中產(chǎn)生電流紋波，但是使用與負(fù)載并聯(lián)的輸出電容可以很容易地減小這種紋波。這也可以通過在電流反饋中增加延遲來降低頻率，通過降低開關(guān)損耗來提高效率。這種結(jié)構(gòu)具有內(nèi)在的過載和短路保護(hù)。

高壓LED變換器IC驅(qū)動(dòng)存在兩種變體，200V和600V。在PWM占空比高達(dá)100%的情況下，變換器工作的不穩(wěn)定性不會(huì)像在峰值電流控制系統(tǒng)中那樣超過50%。有實(shí)例表明在175kHz時(shí)，其效率超過85%，見圖4。

圖4 IRS2540及同類產(chǎn)品IRS2541分別支持高達(dá)200V和600V的總線電壓。

LCD電視、監(jiān)控器、便攜式電腦顯示器以及自定制面板的制造商正在使用LED背光替代CCFL（冷陰極熒光燈），將可再現(xiàn)色調(diào)的調(diào)色板擴(kuò)展了多達(dá)45%，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了NTSC色空間105%的再現(xiàn)，而最好的CCFL點(diǎn)亮的LCD TV只能實(shí)現(xiàn)65%～75%。即使CRT（陰極射線管）顯示也無法匹及基于LED的系統(tǒng)的色彩重現(xiàn)和亮度。