简单高效地控制高亮度LED

简单高效地控制高亮度LED

HBLED（高亮度发光二极管）是全球增长最快的一种光源，它的发光效率在35～50Lm/W内，超过了白炽灯和卤素灯。经过改进，还可以用于生产发光效率大于100Lm/W的器件，这超过了日光灯的发光效率，堪与HID灯媲美。
 
图1 基本的LED变换器为LED串联结构提供恒定电流

设计人员越来越多地在建筑物、街道和装饰灯具、告示牌、高端电视以及显示器中使用HBLED。而这些应用需要AC电压或者DC电源电压来提供整流后的DC电流。通过控制器实现一种恒流源适用于存在低压隔离电源或者通过class-2夹具将LED固定在难以靠近的位置的非隔离应用，如交通灯。

Buck转换器结构适用于输入电压超过输出电压的场合，包括大多数告示牌、装饰以及建筑照明。常见的阵列使用串联的LED来保证经过每个器件的电流相等（见图1）。这避免了在并联结构中使用附加电路来维持电流的相等。但是，在单个串联栈两端的正向电压超过可用的最大电压或者转换器的可用输出电压的情况下，大的阵列需要并行结构。

如果串联结构中某个LED发生短路，其余的LED会继续工作，但是，并行结构中LED的故障将造成其余LED无法工作。

许多应用中需要调光。基色LED的混合通过调节每种颜色的强度可以产生出光谱中的任何一种颜色，从而为显示照明、告示牌以及情景照明提供了很多可能性。以IR公司的IRS2540为例，基于IRS2540的Buck整流器系统，由不会引起人眼可见闪烁的低频逻辑电平PWM控制信号驱动，在整个亮度范围内可调。信号通过让变换器工作在突发模式来确定平均LED电流，改变灯光的强度（见图2）。另一种调光方法只需调节LED的DC电流，同时它也改变LED的颜色。
 
图2 突发模式的调光为LED串的灯光输出提供了极佳的控制，同时保持了极佳的色彩保真度

HBLED使得建筑师、设计人员、规格制定者以及制造商能够为剧院、摄影棚、夜总会、餐馆以及其他高可视性会场制造照明效果。数字场景控制提供了引人注目和不断变化的照明显示。
 
图3 IRS2540为真正的平均电流控制提供了连续时间变换电流的监视

LED光源自然也可以用于景观和室外照明，它的寿命较长，需要的维护较少，受湿气入侵的影响较小。与传统的灯泡不同，LED没有容易破碎的部件，即使处理的不甚小心也无妨。

通过集成一个浮动的高压侧驱动器，IRS2540能够使用电流检测模式来不断地监视LED的电流，见图3。
IRS2540实现了平均电流控制而不是峰值电流控制，并提供了一种内在的稳定整流，这种整流可以在更宽的电压和负载范围内工作而不会遇到设计的限制。电路的延迟会在电感中产生电流纹波，但是使用与负载并联的输出电容可以很容易地减小这种纹波。这也可以通过在电流反馈中增加延迟来降低频率，通过降低开关损耗来提高效率。这种结构具有内在的过载和短路保护。

高压LED变换器IC驱动存在两种变体，200V和600V。在PWM占空比高达100%的情况下，变换器工作的不稳定性不会像在峰值电流控制系统中那样超过50%。有实例表明在175kHz时，其效率超过85%，见图4。
 
图4 IRS2540及同类产品IRS2541分别支持高达200V和600V的总线电压。

LCD电视、监控器、便携式电脑显示器以及自定制面板的制造商正在使用LED背光替代CCFL（冷阴极荧光灯），将可再现色调的调色板扩展了多达45%，已经实现了NTSC色空间105%的再现，而最好的CCFL点亮的LCD TV只能实现65%～75%。即使CRT（阴极射线管）显示也无法匹及基于LED的系统的色彩重现和亮度。

    本文可能所用到的IC型号：  MC10H101FNG  74ALVT162344DL  PSD303-B-70M  AM28F256-150PC  EC31QS04  MK1574-02SI  UA776IDT  74AHC273  MC34119ML2  SCR38139SF02R2