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省电、高亮度LED需要高性能LED驱动器

—— Power Saving High Brightness LEDs Demand High Performance LED Drivers
作者:Jeff Gruetter 凌力尔特电源产品部 高级产品市场工程师 时间:2010-04-16 来源:电子产品世界 收藏

  背景

本文引用地址://www.cazqn.com/article/108051.htm

  在很多家庭、机构、政府和工业应用中,高亮度 (HB) 白光 LED 正在快速取代白炽灯照明。在很多情况下,较高效率的 LED 可将功耗降低多达 88%,从而大幅降低给 LED 供电而发电所需的碳排放量。根据计算,如果将传统白炽灯和荧光灯转变为 LED 照明,那么全世界总能源消耗量可能节省多达 10%。LCD 高清电视机 (HDTV) 应用是增长最快的 LED 市场之一,对于大型 LCD-TFT 平板背光照明来说,白光 LED 阵列正在取代 CCFL 照明。LED有更高的效率、更长寿命以及能够提供局部调光功能,已经使 LCD 高清电视机能够获得超过 7,000,000:1 的对比度,这相比基于 CCFL 的设计高了几个数量级。此外,LED 外形扁平,使高清电视机能够制造成厚度仅为 1.5 英寸,同时大幅降低高清电视机所需的电力。

  随着LED照明在这么多应用中激增,LED市场的增长率也在持续加速,即使在当下这种经济艰难时期也一样。尽管预测数据各不相同,但是趋势是明显的:市场正在以高得惊人的速度增长。根据法国Yole Development公司的市场调查,到2012年,所有类型LED的市场规模将达到103亿美元。其中,高亮度和超 (ILED ≥ 100mA)合起来将占大约44.5亿美元,这几乎是 2007年7.83亿美元市场规模 (基于封装LED计算) 的 5.5 倍。迄今为止,这种增长大多数由较小电流的LED主导,主要在100~500mA范围。不过,较大电流的LED应用正在变得更加普遍,这类应用需要2~20A电流驱动单个LED。首批大电流LED出现在汽车前灯中,现在从大功率到高性能DLP (Digital Light Projection) 投影仪,LED可以在各种应用中见到。在可预见的未来,这些应用性能的提高将继续促进大电流LED的高速增长。随着人们加速努力降低因生产能源而导致的碳排放总量,LED可使全球照明的使用能源减少10%,而这为向LED照明的转变增加了动力。

  正在兴起的大功率LED应用

  大电流LED的推出使利用这些LED的大功率照明应用得以实现,从而取代了效率相对低的白炽灯。在等应用中,传统上需要500~1000W的卤素灯,而 20A LED可以提供同样的光输出(以流明为单位),但是仅需要相当于卤素灯20%的电力。在建筑应用中,LED驱动器的效率必须非常高,而且能提供宽的调光比,以在多种环境条件下保持恒定的光输出。在高端DLP投影应用中,红、绿和蓝(RGB)光LED阵列取代了传统的卤素灯、色轮和镜阵(MEM)。不过,为了准确地混合颜色,LED驱动器必须能够在两个不同的稳定峰值电流状态之间快速切换,而且能够覆盖PWM调光范围而不会有中断。设计能够满足这些苛刻的速度和准确度要求的大电流LED驱动器IC,同时优化总体效率,给IC设计师带来了很多新的挑战。

  用于的LED照明

  高端历史上一直使用大功率白炽灯以及色轮和镜阵,以投射相对高分辨率的图像。

  随着很多这类投影仪需要500W甚至5kW的灯,整个系统的热量管理成为主要的设计障碍。甚至在有大量热量管理系统 (这些系统需要恒定气流冷却) 的情况下,灯的寿命也相对较短,而且更换非常昂贵。新的设计用一个大电流RGB LED阵列取代大功率灯、色轮和镜阵,这极大地减少了浪费的热能,同时改善了颜色混合的准确度,极大地提高了对比度和总体分辨率。不过,为了达到想要的性能水平,这些 LED 需要独特的 LED 驱动器设计。首先,驱动器必须能够提供高达 20A 的连续 LED 电流和高达 40A 的脉冲电流。其次,驱动器必须提供超过 90% 的效率,以最大限度地减少对热量问题的考虑。最后,为了实现颜色混合所需的宽动态范围,驱动器必须能够在 3 个良好稳定的电流状态之间快速和准确地切换,而且没有任何中断。

  LT3743

  LT3743 是一种同步降压型 DC/DC 转换器,为提供恒定电流以驱动大电流 LED 而设计。该器件的 5.5~36V输入电压范围使其非常适用于多种应用,包括工业、DLP 投影和。LT3743从一个标称 12V 的输入提供高达 20A 的连续 LED 电流,从而提供超过 80W 的功率。在脉冲 LED 应用中,该器件可以提供高达 40A 的 LED 电流或从一个 12V 输入提供 160W 功率。高达 95% 的效率使得无需外部散热措施,并极大地简化了热量设计。一个频率调节引脚使用户能够在 100kHz 至 1MHz 之间设定频率,因此设计师们可以优化效率,同时最大限度地减小外部组件尺寸。LT3743 有 PWM 和 CTRL_SELECT 调光 (参见图 1),在 3 种 LED 电流值上提供 3000:1 的调光能力,从而使该器件非常适合诸如 DLP 投影仪中所需的那类颜色混合应用。类似地,LT3743 独特的拓扑使它能够用不到 2ms 的时间在两个稳定的 LED 电流值之间转换,从而在 RGB 应用中实现了更准确的颜色混合。

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