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多颗LED驱动方案的设计-----LED driver

作者:dolphin时间:2012-11-22

由于LED工艺的不断改进和LED厂商的壮大和成熟,LED的应用领域越来越广,已从最初的单纯小尺寸LCD背光应用发展到现在的仪器仪表指示灯、照明灯、矿灯、路灯、汽车灯、大屏幕广告和LCD TV。随着市场的需求和发展,LED的应用领域将会渗透到各个行业中。

照明和提供光源的LED应用通常需要大电流才能提供足够的亮度,因此需要很多数量的LED。传统上有两种组合方案:LED串联方案和LED并联方案。

LED串联方案中的LED电流一致,控制简单,但由于要求很高的输出电压,所以必须将输出电压升高。升压方式通常采用电感式升压电路,将低输入电压通过开关电源转换成高输出电压。这种方式由于存在开关噪声、功率电感和EMI,设计难度较大。

并联LED采用电荷泵驱动,比串联方案简单,EMI也比较容易控制。但LED数目较多,需要多颗通道的LED驱动,而现有芯片最多支持6个通道,所以要求采用多颗芯片,这样将导致电流一致性变差、成本增加。

考虑到以上两种方案的优缺点,串并联方案通常是更好的选择。Sipex公司的SP7615/6系列正是基于这种应用而开发的芯片,它不是传统的电感式升压芯片,也不是基于电容式的电荷泵升压芯片,而是线性降压灌电流型的恒流源芯片。

SP7616是工作电压为4.5V~30V的4通道恒流线性的LED驱动器,每通道支持最大60mA电流,内置均流匹配电路使每通道之间的电流差异小于1.5%。在如图1a所示的SP7616的典型应用电路中,如果VCC(N×Vf+VDROP),则流过4个通道LED的电流都是恒流且匹配的。其中,RSET被用来设定每一通道最大电流,RSET=1.0V×950/IOUT;N是每串的LED数目,由于输入电压最高支持到30V,所以每串的LED数量最大支持到29/Vf颗;Vf是电流流过LED的导通压降;1.0V是ISET脚对地的电平;950是电流的放大倍数,即流过LED串的电流是流过RSET的电流的950倍;VDROP是芯片本身的截止电压,也指LED的阴极到地的电压,它与通过LED的电流有密切关系,设计人员可根据图2来查电流对应的VDROP

SP7616,SP7615的典型应用电路,该芯片每通道支持最大60mA电流;(b) SP7615的典型应用电路
图1:(a) SP7616的典型应用电路,该芯片每通道支持最大60mA电流;(b) SP7615的典型应用电路,该芯片每通道支持最大126mA电流。

图1a电路还可以通过用PWM信号控制PWM脚来实现调光,并支持10%~90%占空比的100Hz~5kHz的PWM信号。当某一通道不用时,可以将其短路到地,但要注意,LED2脚不能短路到地,因为LED2是电流设定基准,其它几个通道与LED2是镜像电流源的关系。

该方案的效率E=(VIN-VDROP)/VIN。由图2可知,VDROP不能超过0.9V,所以最大效率E=(30-0.9)/30=97%。由于是线性的电源方案,所以VDROP的大小直接影响损耗,W=VDROP×IOUT。因此当设计该电路时,在满足能驱动LED串的前提下尽量让Vdrop低一些,即输入电压不能太高以减小芯片上电压的损耗,并通过在PCB上覆铜来解决芯片的散热问题,以免过热。

LED电流与Vdrop关系。
图2:LED电流与Vdrop关系。

从图1a和工作原理看出,该方案是线性降压方案,内置电流匹配电路,不存在开关信号,也没有EMI和电感,具有成本低、效率高、设计简单的优势。此方案可广泛应用于14#以下LCD背光,从而取代传统的DC/AC的CCFL背光方案。

如果每个通道需要更大的电流,可以选用Sipex公司的SP7615。SP7615是工作电压为4.5~16V的、每通道最大电流为126mA的4通道恒流源LED驱动器,典型应用电路如图1b所示。SP7615工作原理和设计方法跟SP7616类似,只是每通道电流最大可到126mA,具体的信息请参考SP7615规格书。

某些特殊的应用领域要求串联更多的LED,这就需要更高的工作电压,针对这类应用Sipex也推出了相应的解决方案,即VCC、VIN采用独立供电方式(图3)。VCC和VIN采用独立供电方式,VCC供电让芯片正常工作,VIN供电实现LED的恒流工作。VIN根据串联LED的个数和Vf来确定,例如,如果串联12个LED,当电流等于40mA、Vf=3V时,VIN大于36V,考虑到VDROP和散热问题,建议VIN采用37V电源。

SP7616,SP7615的典型应用电路
图3:VCC、VIN采用独立供电方式可满足串联更多颗LED的应用要求。

此外,如果某些系统无法提供两个独立的电源,可通过稳压管和三极管将12V转换为5V给芯片供电(图4)。如果系统无法提供高的输入电压,则需要通过升压电路将VIN升压到LED串所需的电压。图5电路利用SP6136将9~12V电压升高到能驱动8个LED,此方案可应用于手持设备或者用电池供电的背光,如移动DVD、数码像框等。

SP7616,SP7615的典型应用电路
图4:如果系统无法提供两个独立的电源,则通过稳压管和三极管将12V转换为5V给芯片供电。

总之,SP7615/6是业界超小尺寸的恒流驱动芯片,采用2×3mm DFN-8封装,具有无电感、无电容、无开关燥声、无开关频率、无EMI、内置均流电路、设计简单、效率高、低成本的优势,能快速满足目前大电流LED应用的需求。

SP7616,SP7615的典型应用电路
图5:如果系统无法提供高的输入电压,则通过升压电路将VIN升压到LED串所需的电压。


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