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LED电源设计的线性和开关式结合方案

导读: 为控制亮度,发光二极管(LED)需要恒定电流。把一只电阻器与一组LED串联即可实现此点。由于一组LED的电压和供电电压都可能发生改变,因而必须使用专用的LED驱动保证电流的精准。

  为控制亮度,发光二极管(LED)需要恒定电流。把一只电阻器与一组LED串联即可实现此点。由于一组LED的电压和供电电压都可能发生改变,因而必须使用专用的LED驱动保证电流的精准。以下两种方案使用广泛:线性恒流LED驱动器和步进降压开关式转换器,它们均有各自的优势和劣势。

  线性驱动是简单的方案,所需元件极少且基本无噪音。但是,其耗散的热量和供电电压与LED正向电压之差成正比。为防止过热,其封装可能需要在PCB上额外划分一个散热区,这就增加了所需PCB的成本和数量,同时也增加了驱动IC因热关断,从而关闭LED的风险。

LED电源设计的线性和开关式结合方案

图1 LM393比较器监测LED串的低侧电压,并使能降压稳压器(CAT4201)或线性稳压器(CAT4101)。

  如果此驱动被置于LED旁,额外的热量会使LED以更高的温度运行,从而减少其寿命。降压(或buck)转换器效率高,产生的热量很少,但是开关式方案需要一只电感和一个肖特基二极管。这个方案也会产生噪音,尤其是当供应电压快降至LED正向电压时。在汽车应用中,射频干扰(RFI)是一个重要的考虑因素。建议在开头式转换器前面置放EMI/RFI滤波器,以阻止高频转换产生的噪音返回电源,因为它有可能干扰到AM/FM波段收音机等设备。

  在降压变换器性能不良,用尽余量时,线性驱动器的运行则是最佳的。为避免劣势,发挥两种方案的优势,可以采取将线性与降压相结合的方案,在保证效率的同时将转换噪音降至最低。

  理想情况下,电池电压的波动幅度很大。如汽车应用场景下(8v至17v),线性/降压驱动器能提供所需的较低噪音运行环境和较高的效率。当应用电压升至限值以上时,LED驱动器则转换为降压模式,从而避免线性驱动器过热。

  本文中的电路可单独选择每个LED驱动器在开关模式和线性模式之间切换时的可调电压阈值,并有额外迟滞以确保转换顺利进行。图1显示的原理图采用了安森美半导体公司的CAT4201 350-mA降压驱动器,以及CAT4101 1A恒流LED驱动器,图中也显示了逻辑比较器。较常见的降压结构有一个高侧开关和一个低侧二极管,CAT4201则不同,它互换了这些器件。

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