就在20多年前，Nichia推出了第一款氮化鎵（GaN）發(fā)光二極管（LED）。此舉開始廣泛使用具有成本效益的藍(lán)色LED。從那時(shí)起，GaN LED的輸出功率和光頻率都有所增加，這使得可以將這些器件與熒光粉結(jié)合使用作為照明源。

手機(jī)技術(shù)的采用推動了第一波基于GaN的LED，其中緊湊型器件在過去十年中開始取代體積更大，效率更低的熒光燈背光源。隨著技術(shù)的發(fā)展，它已經(jīng)轉(zhuǎn)向需要更廣泛覆蓋的應(yīng)用，從冷接收液晶電視中的陰極熒光背光源。這些大面積設(shè)計(jì)所需的大量LED在增加產(chǎn)量方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并因此降低了制造成本。

IHS估計(jì)，2013年GaN器件占LED行業(yè)總收入的85％。基于LED的固態(tài)照明正在推動GaN進(jìn)入其第三波應(yīng)用領(lǐng)域。半導(dǎo)體制造的最新進(jìn)展已經(jīng)開始看到材料的變化，將GaN材料放在硅襯底上。這有助于進(jìn)一步降低高功率白光LED的成本，并為家庭消費(fèi)者帶來節(jié)能的LED照明，以及提高顯示器背光應(yīng)用的效率。

然而，制造LED消費(fèi)者可接受的照明，不僅必須具有成本效益，而且必須與現(xiàn)有解決方案一樣具有吸引力或更好。諸如調(diào)光性能和閃爍之類的考慮對于固態(tài)照明的感知非常重要。傳統(tǒng)的調(diào)光電路，例如基于三端雙向可控硅開關(guān)的調(diào)光電路，不適用于LED，但有一些方法可以解決這些問題，這些問題在Digi-Key文章“家居照明控制器提供調(diào)光兼容性”中有所描述。

For如果系統(tǒng)不需要使用傳統(tǒng)的三端雙向可控硅開關(guān)電路進(jìn)行調(diào)光，或者針對白光GaN LED的許多其他應(yīng)用，那么設(shè)計(jì)人員就有一個(gè)關(guān)鍵的決定?；贚ED的照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者可以選擇是使用恒壓還是恒流方式供電。通常，恒定電流用于為單個(gè)LED供電，并提供控制光輸出的有效方式。正向電流將決定LED的光輸出。為了提供恒定的光輸出，需要根據(jù)溫度降低電流。同樣重要的是不要過度驅(qū)動LED，因?yàn)檫@會縮短其壽命。恒流控制有助于確保實(shí)現(xiàn)這種情況。

對于照明和標(biāo)牌應(yīng)用，電源很少只能控制一個(gè)LED。相反，LED將以串聯(lián)或并聯(lián)配置布置，以產(chǎn)生所需的光強(qiáng)度和形狀。基本LED燈條由一組串聯(lián)的LED組成，其上方有一個(gè)限流電阻。然后將其與恒壓穩(wěn)壓器一起使用，盡管限流電阻可能被電流調(diào)節(jié)器取代，以提高效率并在LED燈條之間獲得一致的亮度。

德州儀器TPS61060等設(shè)備，專為便攜式照明和背光應(yīng)用，可用于電流或電壓調(diào)節(jié)。為了使器件進(jìn)入電流調(diào)節(jié)，反饋引腳用于調(diào)節(jié)電流檢測電阻兩端的恒定電壓。在這種配置中，相同的電流通過LED流過檢測電阻，如圖1所示。對于電壓模式，檢測電阻被移除，相反，反饋引腳連接到分壓器，對輸出電壓進(jìn)行采樣。結(jié)果

圖1：TI TPS61060的方框圖，顯示了使用檢測電阻（RS）。

TPS61060本身是一種高頻同步升壓轉(zhuǎn)換器，可提供靈活的電壓范圍來自典型的電池電源，可能從2.7 V到6 V。轉(zhuǎn)換器可以提供電流，最多可為五個(gè)白光LED供電。為了安全起見，該器件具有集成的過壓保護(hù)和短路保護(hù)，允許使用相對較小的外部元件，例如低額定電壓的電容。

TPS61060提供兩種控制亮度的方法。一種是使用使能引腳來幫助實(shí)現(xiàn)脈沖寬度調(diào)制（PWM）方案。當(dāng)施加PWM信號時(shí)，當(dāng)上拉使能時(shí)LED電流接通，當(dāng)拉低時(shí)，LED電流接通。因此，改變PWM占空比會改變LED亮度?；蛘?，可以使用ILED輸入引腳的信號實(shí)現(xiàn)對LED的數(shù)字亮度控制。該輸入饋送5位DAC，用于設(shè)置輸出電壓電平。為了保持引腳數(shù)減少，控制方案使用高邏輯信號和低邏輯信號的時(shí)序?qū)⑤敵鲋鸩酵聘呋蚪档?。在關(guān)機(jī)期間，為了節(jié)省電力，輸出與輸入斷開。這可以防止漏電流通過LED。

針對恒流應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，飛兆半導(dǎo)體FAN5346可在2.5至5.5 V輸入電壓范圍內(nèi)驅(qū)動多達(dá)5個(gè)串聯(lián)LED，輸出電壓高達(dá)20 V對于S30X型號，或者對于S30X版本，輸出電壓高達(dá)30 V的多達(dá)8個(gè)LED。與TPS61060類似，檢測電阻配置用于實(shí)現(xiàn)升壓轉(zhuǎn)換器的電流調(diào)節(jié)。

固定1.2 MHz開關(guān)頻率的選擇適合小型應(yīng)用的設(shè)計(jì)，允許使用相對較小的無源器件組件。為了支持基于PWM的調(diào)光控制，F(xiàn)AN5346響應(yīng)頻率范圍為5 kHz至100 kHz的信號發(fā)送到其使能引腳。

為了安全操作，F(xiàn)AN5346集成了過壓，過流，短路檢測和熱關(guān)斷保護(hù)。如果電池電壓過低，欠壓檢測器將觸發(fā)鎖定狀態(tài)。

電路板布局是LED電源的關(guān)鍵考慮因素，特別是在電感和電容支持組件的布局和布線方面。當(dāng)電源以高頻操作時(shí)，布局需求增加，以便最小化無源元件尺寸。如果不仔細(xì)執(zhí)行布局，可能會出現(xiàn)噪聲問題，這可能會增加閃爍和其他不良行為。

通常，輸入電容是開關(guān)降壓或升壓轉(zhuǎn)換器的重要組成部分，因?yàn)樗兄诖_保穩(wěn)定的輸入來源交付給監(jiān)管機(jī)構(gòu)。當(dāng)穩(wěn)壓器工作時(shí)，它以高頻開關(guān)，使輸入電容上的負(fù)載迅速變化。電容器需要能夠保持足夠的能量，以最大限度地減少穩(wěn)壓器輸入引腳的變化。為使電容快速響應(yīng)，應(yīng)盡量減少走線電阻，電感和電容。特別是走線電阻是一個(gè)潛在的問題，因?yàn)樗鼤騃2R損耗而降低整體效率。此外，即使微量電感增加，也會增加輸出噪聲因此，輸入電容應(yīng)盡可能靠近輸入引腳放置，以實(shí)現(xiàn)良好的輸入電壓濾波。同樣，電感應(yīng)盡可能靠近輸入引腳放置，以盡量減少噪聲耦合。為輸出電容提供類似的用途，輸出電容應(yīng)直接放置在輸出引腳和地之間，而不是放在LED之間，以減少紋波電流（存在于走線中），使其成為LED。

最后，檢測電阻還應(yīng)具有到調(diào)節(jié)器的短路徑，因?yàn)樗鼤⒃肼曬詈系椒答佉_，如果噪聲太高，可能會導(dǎo)致不穩(wěn)定的操作。一般來說，最好先對輸入和輸出電容，檢測電阻和電感走線進(jìn)行布線，因?yàn)檫@些走線需要保持盡可能短，如圖2所示，以TI TPS61060為例。 》

圖2：調(diào)節(jié)器的布局考慮因素。粗線應(yīng)首先布線并保持短路。

除消費(fèi)和計(jì)算設(shè)備外，照明LED在汽車，船舶和航空航天系統(tǒng)等交通運(yùn)輸應(yīng)用中也越來越普遍，可靠運(yùn)行的要求已轉(zhuǎn)化為附加功能。例如主動數(shù)字管理。例如，可以使用數(shù)字串行總線報(bào)告故障狀況，以確保駕駛員能夠清楚地看到儀表板上的控制。這種LED驅(qū)動器的一個(gè)例子是Microsemi LX2260。高亮度多通道LED驅(qū)動器專為高亮度LED背光與寬調(diào)光范圍相結(jié)合的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

LX2260包含允許通過雙線串行總線接口報(bào)告故障狀況的電路。 I2C和SMBus兼容。報(bào)告的故障包括LED短路，LED開路和IC過溫指示燈，以及有關(guān)LED串電壓的信息。此外，通過使用外部熱敏電阻來檢測LED溫度，可以補(bǔ)償LED電流以保持在給定的LED溫度曲線內(nèi)。

LX2260驅(qū)動器最多支持四個(gè)獨(dú)立的LED串，可以集成到系統(tǒng)中支持高達(dá)40 W.LX2260能夠根據(jù)瞬時(shí)輸入和輸出電壓要求自動調(diào)整其工作，以便在升壓，降壓 - 升壓或降壓 - 轉(zhuǎn)換器模式下工作。這允許器件自動保持最佳的LED電流調(diào)節(jié)。該器件非常適用于汽車應(yīng)用，可提供外部可編程LED電流上升和下降時(shí)間，可用于優(yōu)化系統(tǒng)EMI。支持高達(dá)25 kHz的PWM頻率以避免可聽見的噪聲。

LX2260控制的每個(gè)串的驅(qū)動電流最高可編程為500 mA，典型的通道間匹配精度在±1.5％以內(nèi)。升壓轉(zhuǎn)換器的FET和每個(gè)LED電流吸收器都是外部的，以提供靈活性和可擴(kuò)展性，以適應(yīng)各種LED配置，并提供系統(tǒng)的最佳熱管理。

簡化便攜式系統(tǒng)，設(shè)備的設(shè)計(jì)例如Skyworks Solutions AAT3104使用單線串行接口從最多四個(gè)并聯(lián)的LED編程所需的亮度，每個(gè)LED使用恒流調(diào)節(jié)進(jìn)行控制。電荷泵設(shè)計(jì)針對便攜式系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，僅使用外部電容器，無需電感器。穩(wěn)壓器工作在1 MHz，以控制噪聲并限制可能與RF操作相關(guān)的諧波，這對連接的移動設(shè)備非常重要為了設(shè)定亮度等級，Skyworks設(shè)計(jì)的S2Cwire接口使用一系列上升沿，最多32個(gè)，以半毫秒的暫停間隔。要關(guān)閉輸出，串行引腳需要保持低電平超過半毫秒。

為了驅(qū)動可用極低輸入電壓的LED，例如單個(gè)鋰電池，二極管ZXLD381提供85％的功率 - 轉(zhuǎn)換效率和驅(qū)動單個(gè)白光LED的能力。該設(shè)計(jì)使用基于脈沖的電路拓?fù)洹．?dāng)施加電源時(shí)，脈沖控制塊內(nèi)的振蕩器迫使內(nèi)部開關(guān)晶體管導(dǎo)通以開始能量充電循環(huán)。低飽和電壓開關(guān)將輸出引腳拉至接地，從而迫使外部電感上的電源電壓。這導(dǎo)致電流積聚，在電感器中存儲能量。在此階段，脈沖控制電路監(jiān)視并使用開關(guān)電流和電源電壓，以確定最佳驅(qū)動條件和“導(dǎo)通時(shí)間”。

圖3：框圖使用二極管ZXLD38的LED驅(qū)動電路。

在能量充電周期結(jié)束時(shí)，內(nèi)部開關(guān)快速關(guān)閉，中斷流過電感的電流，導(dǎo)致輸出電壓急劇上升。當(dāng)輸出電壓達(dá)到負(fù)載LED的正向電壓時(shí)，電感電流從內(nèi)部開關(guān)傳輸?shù)絃ED，開始能量放電循環(huán)。當(dāng)電感兩端的電壓反轉(zhuǎn)時(shí)，流經(jīng)它的電流和LED會下降。

當(dāng)電感電流達(dá)到零時(shí)，輸出引腳上的電壓會回落到電源電壓。該動作由脈沖控制電路檢測，該電路啟動下一個(gè)能量充電循環(huán)。除了低電平損耗之外，在充電周期期間存儲在電感器中的所有能量將在隨后的放電周期中被引導(dǎo)到負(fù)載LED。

由于成本下降并且不斷提高基于白色LED的質(zhì)量和效率GaN技術(shù)，電源支持設(shè)備不斷發(fā)展并進(jìn)入新的市場。該技術(shù)中可能的方向?qū)ǜ菀椎牧炼染幊毯洼敵霰O(jiān)控，以確保在產(chǎn)品的整個(gè)使用壽命期間保持一致的照明