白光LED驱动器

白光LED驱动器

1、白光LED驱动器的要求

驱动器可以看作是向白光led供电的特殊电源，可以驱动正向压降为3.0~4.3V的白光LED，并根据需要驱动串联、并联或串并联的多个白光LED，满足驱动电流的要求。对驱动器的主要要求如下：

1.为满足便携式产品的低电压供电，驱动器应有升降压功能，以满足1~3节充电电池或1节锂离子电池供电的要求，并要求工作到电池终止放电电压为止。

2.驱动器应有高的功率转换效率，以提高电池的寿命或两次充电之间的时间间隔。目前高的可达

80%~90%，一般可达到60%~80%。

3.在多个白光LED并联使用时，要求各白光LED的电流相匹配，使亮度均匀。

4.功耗低，静态电流小，并且有关闭控制功能，在关闭状态时一般静态电流应小于1μA。

5.白光LED的最大电流I LED可设定，使用过程中可调节白光LED的亮度（亮度调节）。

6. 有完善的保护电路，如低压锁存、过压保护、过热保护、输出开路或短路保护。

7.小尺寸封装，并要求外围组件少而小，使所占印制板面积小。

8. 对其他电路的干扰影响小。

9. 使用方便，价位低。

2、驱动器的分类

从供电电压的高低可以将驱动器分成三类：

1.由电池供电，电压一般低于5V，主要用于便携式电子产品，驱动小功率及中功率白光LED，它主要采用升压式DC/DC变换器或升压式（或升降压式）电荷泵变换器，少数采用LDO电路的驱动器；

2.大于5V供电，如6V、9V、12V、24V（或更高），由稳压电源或蓄电池供电，它主要用降压式可升降压式DC/DC变换器；

3.直接由市电（110V或220V）或相应的高压直流电（如40~400V）供电，主要用于驱动大功率白光LED，采用降压式DC/DC变换器驱动电路。

过去认为有电感的升压式DC/DC变换器可输出较大的电流。近年来，电荷泵式驱动器可输出的电流已从几百毫安上升到1.2A，并且两者在转换效率上也不相上下。对于采用LDO电路的驱动器，无需外围组件及价位低是它的优点，其缺点是转换效率略低，并且电池往往不能用到终止放电电压就要充电。这种驱动器主要用于1节锂离子电池的场合，并需用正向电压低的白光LED。可以用作白光LED驱动电源的集成器件品种较多，大致分为恒流源、电荷泵和开关电源三种类型。

（1）恒流源

绝大多数LCD背景照明装置都配有亮度控制器以便使用中根据环境光线的强弱进行相应调节。由于LED的光子发射源于电子、空穴对的复合，故其发射速率以及发光强度均与LED的正向电流成比例。为此，可控恒流源应是实现亮度控制最简单的方案。但因白光LED的“色温”也与工作电流直接有关，这类控制方案会使光源在整个亮度调节范围内的颜色一致性变得很差，故而仅能用于按钮照明之类对于颜色保真度要求很低的场合。LCD背光装置则大多采用PWM电源为LED供电，以避免这一“色偏”问题。

从实用的角度来看，对于电源电压较高的车载设备，由于多个白光LED可以串联使用，所以采用配有脉宽调制器的集电极开路（OC）或电流镜输出级即可构成简单的LED驱动器。

在电源电压较为有限的应用场合，多个白光LED只能以并联方式工作。此时，按照传统的设计方法，通常需为每只白光LED配备独立的限流电阻，借以克服白光LED正向压降一致性差以及不可直接并联工作的弊端。不过目前多已改用集成恒流源为白光LED供电，可以消除电源电压变动所造成的不利影响。

MAX1916和LX1190是两种较为常见的恒流源集成电路。

（2）电荷泵

白光LED的正向压降可以高达4V，但是目前的大量手持电子设备多以单一锂电池供电，此时已经无法再由设备电源直接驱动白光LED而必须借助于各类电源变换器件。可以用作白光LED驱动器的电源变换器件包括不少种类，其中应以电压输出型电荷泵电路最为简单。此类典型的器件有LM3354型开关电容变换器，其电源电压范围为2.5~5.5V，输出电压有一系列标称值可供选择，用作白光LED驱动器时应选择4.1V标称输出电压。LM3354的开关工作频率为1MHz，故而可以采用较小的开关电容器。LM3354的最大输出电流为90mA，带有片内过热保护电路，静态电流与关断状态电流分别为475μA和5μA。控制白光LED亮度的脉宽调制信号可由器件的判断控制（SD）端送入，其重复频率应在60Hz以上，以免LED产生闪烁现象；但也不宜超过200Hz，以保证开关电容器具有足够的放电时间。

白光LED以恒流源供电有利于抑制电源电压变动所造成的不利影响，目前也确有不少电流输出型电荷泵电路可供选用。LTC3200的反馈阈值电压则可由“引脚编程”方式设定为200mV、400mV或600mV(第四种编程组态为“关断”)，若以PWM信号令其间歇进入关断状态，便可平滑调节白光LED的亮度而不致产生明显的“色偏”。LTC3200的工作频率为1.5MHz，电源电压为2.7~4.5V时，最大输出电流为125mA，可以同时驱动八只白光LED。LTC3200-5电压输出型电荷泵集成器件与LM3354的结构相似，但体积较为小巧，而且仅需一个开关电容；工作电压为3~4.4V，工作频率为2MHz，输出电流可达100mA；唯其5V额定输出电压偏高，因而限流电阻的压降亦偏大，对整体电源变换频率有一定的影响。

SC600电压输出型电荷泵集成器件包括4~4.5V/120mA与4.5~5V/60mA多种输出规格，电源电压范围为2.7~6.5V，利用“引脚编程”方式切换工作频率，在8~650kHz范围内共分四挡，由此可以调整输出电流。其最大的特色在于电源电压超过某个阈值时会自动切换内部电路结构以取得更高的电源变换频率。该阈值具有80mV的“回差”，以防切换过于频繁而造成较大的输出纹波。

电流输出型电荷泵LM2794以电流镜作为输出级，因而可以省去限流电阻，但会增加器件的功耗。LM2794具有四路电流输出，每路为20mA。若欲调整白光LED的亮度，仍可在其关断控制端加入脉宽调制信号，也可采用引入外部电流的方式改变其反馈阈值。该器件的电源电压范围为2.7~5.5V，电压超过4.7V 时会自动切换内部电路，改以“直通”方式工作。该切换阈值也有250mV左右的回差以防输出纹波恶化。值得一提的是，该器件的外形尺寸仅为2mm×2.4mm×0.84mm，是同类器件中体积最小的。

S8813与LM2794的结构相近，但恒流原理属脉冲频率调制型。这种恒流方式对于变换效率的提高有些好处，但有一定的开关噪声。该器件的典型工作频率约为600kHz，具有三路电流输出，每路为5~18mA。（3）开关电源

电荷泵是以电容器作为储能元件，但以升压式开关电源作为白光LED驱动器的应用也较为广泛。事实上，以电感器作为储能元件的电感升压式开关换器，在电压提升的效能方面优于电荷泵式变换器。用作白光LED驱动器的电感升压式开关变换器多为电流输出型。

目前，小功率集成电感升压式开关变换器多带有作为功率开关的片内N沟道MOSFET管，但是储能电感通常仍需外接。MAX1848的开关频率为1.2MHz，以2.6~5.5V电源电压工作时，最高输出电压可达13V，足以驱动2~3只串联的白光LED。MAX1848还可同时驱动三路并联负载，每路负载包括两个串联的白光LED。此应用需要配用三个采样电阻，各路负载的电流匹配情况不令人满意。

LT1937电感升压式开关变换器片内功率开关的耐压值高达36V，可以驱动六只白光LED串联组成的单路负载。采样电阻压降约为100mV，通过调整采样电阻的阻值可将输出电流设定为5~20mA。白光LED 的亮度调整仍可采用在反馈节点引入外加控制电流可将脉宽调制信号送入关断控制端这两种方法。

属于电感升压式开关变换器的器件还有LM2704和LX1993，LM2704可以在2.2~7V电压范围内工作，最高输出电压为20V，输出电流为20mA，可驱动两路共计八只白光LED。LM2704的特点在于片内功率开关峰值电流可达0.5A，导通电阻仅为0.7Ω，故而电源变换效率较高，同时易于解决小型封装器件的散热问题。LX1993能以20mA的输出电流驱动单路四只白光LED，其优点在于电源电压可以低至1.6V。

无论是车载、便携还是手持电子设备的设计，电源效率都是一个不可忽视的重要问题。然而，对于白