应对新型大功率LED的设计挑战

   数十年来，不起眼的发光二极管（led）已经在众多应用中得以广泛采纳，设计人员对其设计要求非常熟悉，以至于大多数人都不太会对它们进行深入的思考。不过，一种新型的大功率led正在崛起，而最新的技术进步已把人们的目光再次聚焦于这一不起眼的发光二极管身上。

   新一代的1W、3W和5Wled的输出是标准LED输出的10～50倍，这使得在利用这些新型LED进行设计时要面临很多设计挑战，而且选择合适的单片机驱动新型LED也不再是一项简单的任务。

   为了说明更高的驱动电平需求，表1列出了3种不同大功率led的典型驱动电流和电压。

   驱动器、电压基准、电池检测和温度监控都有多种选择，而适当的外设组合又取决于多种因素。

   输出功率的增加势必提高了对LED的驱动要求。为了得到足够的亮度，一个5W的LED要求7V时驱动电流达到0.7A。这比要求1.4VDC时驱动电流仅要20mA的标准LED要高多了。

   目前，二极管的冷却是机械设计和电路板布局需要考虑的主要问题。管芯温度也会影响器件的输出亮度，因为当器件从环境温度升到120℃时，亮度就会下降多达35%。LED的管芯温度也会影响器件的发光波长，在100℃的温度变化下波长几乎可以改变4~9nm。

   为了满足这些特殊要求，需要某种形式的功率调节为新型LED供电并进行监控。此外，如果LED需要根据用户输入或其他外部输入闪烁或暗淡下去，它们还需要一个小型单片机来控制功率电路。首先需要做的是决定哪一种驱动器拓扑结构最合适，然后确定哪一个单片机拥有合适的外设。

线性驱动器

   与任何其他大功率驱动器相比，大功率led驱动器设计具有突出的线性控制和高效特性。如果需要控制LED的亮度，很显然需要线性化。即使器件不是由电池供电的，由于几瓦特的功率驱动器涉及潜在高温，高效性就成为了关注的焦点。

  大多数不同的拓扑结构主要分为两类 线性式和开关式。虽然线性式具有简单的优点，但开关式的效率更高。需要评估线性式驱动器拓扑结构和若干开关式驱动器拓扑结构的变体，以决定需要哪些外设。

   通常，一个线性灌电流式驱动器由一个运算放大器、一个功率晶体管和一个电流感应电阻器组成（见图1）。从图1中可以看到，线性驱动器需要的外设最少，是一个简单电路。其仅有的元件就是运算放大器、MOSFET和感应电阻器。

   线性驱动器的不足之处是效率低下。如果这个驱动器电路有足够大的散热器，那么这就不会是问题，而可以使用线性驱动器。然而，在大多数情况下，由于传输晶体管的功耗问题，很少会在这种应用中采用线性驱动器。

开关式电源驱动器

    开关式电源(SMPS)驱动器旨在通过一个电感器将能量从电源传给负载。通常是用一个PWM控制信号对MOSFET晶体管进行导通/关断来实现的。
    通过改变PWM的占空比和电感器的充放电时间，可以对输入电压与输出的比率进行调节。反馈电路可对输出电压进行监控，并对充电和放电占空比进行适当的调节，以保持恒定的输出电压。为了满足LED的电流控制要求，因为反馈源是唯一需要进行改变的内容，所以可以对LED的电流进行微小的更改，而不是更改输出电压。

    某些SMPS驱动器的不同变体可能采用不同类型的SMPS驱动器。一个典型的SMPS驱动器可使用一个外部输出电压可调的开关稳压器芯片来建立驱动器电流输出（见图2）。

   增加运算放大器可将电流感应电压提升到开关稳压器芯片的内部基准电压。不过，由于稳压器芯片的内部基准电压是固定的，改变输出电流的唯一方法是改变电阻器R1和R2的比值。

   另一个例子使用了一个可编程开关式控制器（PSMC）外设作为PWM开关控制。这个外设类似于一个独立的开关式电源驱动器，其不同之处是：它是由相连的单片机控制的，

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