一、引言

　　半導(dǎo)體照明是照明系統(tǒng)中的后起之秀，它具有壽命長(zhǎng)、環(huán)保、節(jié)省能源、光色純正、安全可靠等特點(diǎn)。隨著半導(dǎo)體理論研究進(jìn)一步深入以及半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，人類對(duì)用LED作為未來(lái)光源的信心越來(lái)越足，LED逐漸替代白熾燈、熒光燈等電光源，成為人造光源主流產(chǎn)品已經(jīng)為期不遠(yuǎn)。

　　隨著大功率LED在燈光裝飾和照明中的普遍使用，功率型LED的驅(qū)動(dòng)電路顯得越來(lái)越重要。沒(méi)有好的驅(qū)動(dòng)器與LED相匹配，LED照明的優(yōu)勢(shì)難以體現(xiàn)。大功率LED驅(qū)動(dòng)集成電路是LED照明系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵器件，因此，LED能否達(dá)到節(jié)能、純色、環(huán)保等，集成電路起到至關(guān)重要作用。

　　采用“恒流驅(qū)動(dòng)”方式，是比較理想的LED驅(qū) 動(dòng)方式，它能避免LED正向電壓的改變而引起電流變動(dòng)，同時(shí)恒定的電流使LED的亮度穩(wěn)定。因此大多數(shù)功率LED均采用“恒流驅(qū)動(dòng)”方式。

　　在以往的LED驅(qū)動(dòng)電路中，大多采用恒壓驅(qū)動(dòng)模式。但是，由于半導(dǎo)體制造工藝的差異，批次與批次、圓片與圓片、芯片與芯片之間難免會(huì)出現(xiàn)一些小小的差異，因而導(dǎo)致LED 的亮度不均勻，甚至造成芯片燒毀等現(xiàn)象。因此，應(yīng)用工程師們不得不在電路設(shè)計(jì)上大傷腦筋，即使把電路設(shè)計(jì)得很復(fù)雜，也難免出現(xiàn)一些意想不到的事情。究其原因，是LED的正向?qū)妷翰町愃?。因?yàn)樵贚ED的串、并結(jié)合的聯(lián)結(jié)方式中，在同樣的電壓下，LED上的電流是不相同的，因而造成流過(guò)大電流的LED發(fā)光強(qiáng)，小的發(fā)光弱，導(dǎo)致發(fā)光強(qiáng)的LED首先燒毀。

　　由于LED是電流驅(qū)動(dòng)器件， 如果給LED一個(gè)穩(wěn)定的電流，它可以穩(wěn)定發(fā)光。因此，恒流驅(qū)動(dòng)電路正是在恒壓驅(qū)動(dòng)束手無(wú)策的時(shí)候顯示出其獨(dú)特的性能。下面，我們將以XLT604為例詳細(xì)探討恒流驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)，介紹該電路的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，并給出一些參考電路。

　　二、XLT604專用電路設(shè)計(jì)實(shí)例

　　1.功能介紹

　　XLT604是采用BICMOS工藝設(shè)計(jì)的PWM高效LED厘流驅(qū)動(dòng)控制芯片。輸入電壓Vin從8VDC至450VDC范圍內(nèi)，能為高亮LED提供恒流驅(qū)動(dòng)。該芯片工作頻率由外部電阻決定，最高可達(dá)300KHz的頻率用于驅(qū)動(dòng)外部MOSFET，對(duì)LED串采用恒流方式控制，以保持恒定亮度并增強(qiáng)LED的可靠性，其恒流值由外部取樣電阻值決定，變化范圍從幾毫安到l安培。

　　XLT6O4驅(qū)動(dòng)的LEI)可通過(guò)外部控制電壓線性調(diào)節(jié)亮度，亦可通過(guò)外部低頻PWM方式調(diào)節(jié)LED串的亮度。

　　2.系統(tǒng)功能框圖(如圖1)

　　3.芯片內(nèi)部模塊及框圖

　　XLT604芯片內(nèi)部包括基準(zhǔn)電源、RC振蕩、上電復(fù)位、線性調(diào)光、PWM調(diào)光、低電壓檢測(cè)、控制邏輯。輸出驅(qū)動(dòng)等模塊。基準(zhǔn)電源模塊產(chǎn)生芯片內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓和基準(zhǔn)電流;RC震蕩模塊產(chǎn)生的脈沖信號(hào)用于控制外部開(kāi)關(guān)管的通斷，其頻率可通過(guò)外部電阻調(diào)節(jié)，線性調(diào)光模塊通過(guò)對(duì)給定電壓與反饋電壓的比較決定開(kāi)關(guān)管的通斷;PWM調(diào)光模塊通過(guò)外部給定PWM信號(hào)的占空比調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)管的通斷;低電壓檢測(cè)模塊通過(guò)監(jiān)測(cè)電源電壓值決定芯片是否工作。(如圖2)

　　三、XLT604應(yīng)用電路

　　1.典型應(yīng)用圖

　　(1)AC-DC降壓應(yīng)用(如圖3)

　　(2)DC-DC降壓應(yīng)用(如圖4)

　　2.應(yīng)用原理分析

　　(1)AC—DC應(yīng)用

　　XLT604是可降壓、升壓、升降壓驅(qū)動(dòng)大功率LED串的控制芯片。該芯片既適用于AC輸入，也適用于8—450VDC輸入。交流輸入時(shí)，為提高功率因素可在線路中加入無(wú)源功率因素校正電路。XLT604可驅(qū)動(dòng)上百個(gè)LED串聯(lián)或數(shù)串并聯(lián)，通過(guò)調(diào)節(jié)恒流值可確保LED亮度并延長(zhǎng)壽命。PWMD端可采用低頻脈寬調(diào)制的方法調(diào)節(jié)LED亮度，同時(shí)兼作使能端，該端懸空時(shí)芯片無(wú)輸出控制。該芯片也可通過(guò)LD端線性調(diào)壓的方式調(diào)節(jié)LED的亮度。

　　(2)LED驅(qū)動(dòng)控制

　　XLT604可控制包括隔離/非隔離、連續(xù)/非連續(xù)等類型的轉(zhuǎn)換器。當(dāng)GATE端輸出高電平時(shí)電感或變壓器原邊電感儲(chǔ)能或部分能量直接傳給LED串，當(dāng)功率MOSFET關(guān)斷時(shí)，儲(chǔ)存在電感上的能量轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED的驅(qū)動(dòng)電流。

　　當(dāng)VDD電壓大于UVLO時(shí)，GATE端可以輸出高電平，此時(shí)通過(guò)限制功率管的電流峰值的方式工作。外部電流采樣電阻與功率管的源極串聯(lián)，當(dāng)外部采樣電阻Rs的電壓值超過(guò)設(shè)定值(內(nèi)部設(shè)定值250mV，亦可通過(guò)LD外部設(shè)定)時(shí)，功率管關(guān)斷。如果希望系統(tǒng)軟啟動(dòng)，可在LD端對(duì)地并接一個(gè)電容Cld(圖3中的Cld)，使LD端電壓按期望的速率上升，進(jìn)而控制LED電流緩慢上升。

　　(3)采樣電阻值

　　對(duì)于降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，CS端的峰值電壓可以代表LED的平均電流，但與平均值相比有一定的誤差。假設(shè)電感上的峰電流值Ipp是150mA，LD端設(shè)置的基準(zhǔn)Vid為250mV，為得到500mA的LD 電流Iout，采樣電阻可采用如下的方法確定：

　　(4)調(diào)光

　　調(diào)光有兩種方式：線性調(diào)節(jié)、PWM調(diào)節(jié)。兩種方式可單獨(dú)調(diào)節(jié)也可組合調(diào)節(jié)。

　　線性調(diào)光通過(guò)調(diào)節(jié)LD端電壓從0到250mV而實(shí)現(xiàn)，該電壓優(yōu)先于內(nèi)部設(shè)定值250mV。通過(guò)調(diào)節(jié)連接GND的變阻器可改變CS端的電壓，當(dāng)LD端的電壓高于250mV時(shí)將不影響輸出電流。如果希望更大的輸出電流可以選擇一個(gè)更小的采樣電阻Rs(即Rs越小，輸出電流越大)。

　　PWM調(diào)光通過(guò)一個(gè)幾百Hz的PWM信號(hào)加在PWMD端而實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，LED燈亮度與PWM信號(hào)的高電平時(shí)間長(zhǎng)度成正比，在該模式下，LED電流為O或設(shè)定值之一。通過(guò)PWM調(diào)節(jié)方式可以在O-100%范圍調(diào)光，但不能調(diào)出高于設(shè)定值的電流。PWM調(diào)光精度僅受限于GATE端輸出的最窄脈寬。

　　(5)振蕩頻率

　　芯片內(nèi)部的振蕩頻率通過(guò)外接電阻Rosc調(diào)節(jié)，其頻率范圍為：25KHz一3OCKHz，振蕩頻率可通過(guò)下式計(jì)算：

　　Fcsc =22000/(Rcsc[KΩ]+22)[KHz](常數(shù)22000和22是在設(shè)計(jì)內(nèi)部振蕩電路時(shí)確定的，屬于內(nèi)部RC振蕩的固有參數(shù))

　　(6)功率因素校正

　　當(dāng)電源輸入功率不超過(guò)25W時(shí)，可采用一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)源功率因素校正電路，該電路由3個(gè)二極管兩個(gè)電容組成，可將電路功率因素提高至85%。PFC電路如圖5虛線所示：

　　(7)電感設(shè)計(jì)(Buck topology)

　　設(shè)輸入電壓交流有效值為220V ，Iout=350mA，F(xiàn)osc= 50KHz，lO個(gè)LED的正向壓降：Vout =30V;則整流后Vtn=220*1.4l=3l0V，

　　(8)輸入濾波電容

　　輸入濾波電容值應(yīng)確保整流電壓值始終大于兩倍的LED串電壓，假設(shè)電容兩端有15%的紋波電壓，一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算方法如下：

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　本文通過(guò)分析恒壓輸出與恒流輸出LED驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)，闡明了恒流驅(qū)動(dòng)電路在LED驅(qū)動(dòng)電路中的優(yōu)點(diǎn)，討論了功率LED驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思路及其應(yīng)用電路設(shè)計(jì)。并以XLT604電路實(shí)現(xiàn)用市電驅(qū)動(dòng)大功率LED，解決了降壓和恒流問(wèn)題以及能量轉(zhuǎn)換問(wèn)題，同時(shí)還有比較高的轉(zhuǎn)換效率，較高的功率因素，較小的體積，能確保大功率LED長(zhǎng)時(shí)間可靠工作等為例。詳細(xì)分析了恒流驅(qū)動(dòng)LED的優(yōu)點(diǎn)，以及電路設(shè)計(jì)過(guò)程中需要注意調(diào)整的關(guān)鍵器件參數(shù)。為廣大應(yīng)用工程師提供一些參考，同時(shí)，也為L(zhǎng)ED廣泛應(yīng)用于路燈、臺(tái)燈等產(chǎn)品中提供一種驅(qū)動(dòng)芯片的選擇。