在過去,發(fā)光二極管(LED)僅僅被用作指示燈。其功耗低、電流更低, 而且所產(chǎn)生的熱量也不是問題。然而,時代已經(jīng)變了。如今LED的電流已經(jīng)由幾毫安升級到安培;在某些情況下,LED的功率已經(jīng)從幾毫瓦跳躍到10W以上; 而LED所產(chǎn)生的熱量——好吧,可以肯定地講,現(xiàn)在已經(jīng)成了一個不容忽視的問題。
　　在過去,發(fā)光二極管的功率是如此低,所以廢熱非常低,,并且基本上就沒有被燒壞過,美國國家半導體技術專家Rick Zarr表示：“然而新款LED所產(chǎn)生的熱量很大,所以如果你不加以正確的控制,就會對它們的使用壽命造成很大的影響。一個LED燈泡原本可以用10,20或30年,但如果你控制不當,可能兩年就報廢了。
　　這就是為什么項目工程師現(xiàn)在需要關注LED驅(qū)動器。最簡單的,驅(qū)動器控制輸入電流和輸入電壓,然后重新配置它們供 LED使用。在這個方面來說,驅(qū)動器很像在熒光燈上使用了幾十年的鎮(zhèn)流器。
　　雖然,從另一方面來看來,驅(qū)動器變得越來越復雜,這使得它們在高功 率、高電流、高熱量LED的新時代里發(fā)揮著更加重要的作用。當前的驅(qū)動器所具備的功能放到十年前是無法想象的。例如,通過感應電流,他們可以估算LED的 亮度等級并對其做相應的改變。他們可以補償諸如熱量或老化之類的變化,甚至可以將LED用于照明應用。此外,通過使用“熱量返送”方案,可以避免LED的 熱量達到損害其使用壽命的極限值。
　　要感謝這類創(chuàng)新,發(fā)光二極管的新品正在許多無法預見的應用中尋找一個歸宿。汽車將LED用作?車燈、“后視 鏡腳燈(注：后視鏡腳燈就是安裝在汽車兩側(cè)反光鏡下面可以向下照亮車身周圍的燈,在進入比較暗的停車庫時使車輪廓顯得非常漂亮,也可在荒地里照亮泥濘的道 路)”甚至是前燈。電視機將LED用作背光;市政部門將LED用作街燈;而消費類電子制造商正在將它們用于上網(wǎng)本、平板電腦和GPS系統(tǒng)。
　　“LED的發(fā)展一年比一年好”,德州儀器公司照明電源產(chǎn)品市場營銷經(jīng)理Peter Di Maso表示。 “這些改進使得LED可被用于一般照明,這就是為什么對更好的驅(qū)動器存在這么迫切的需求。”
　　避免發(fā)熱
　　對于驅(qū)動器制造商而言,挑戰(zhàn)在于要在一個小封裝內(nèi)添加必要的特性。驅(qū)動器芯片非常小,尺寸通常為10 × 10毫米或更小。并且,隨著LED制造商將LED納入燈泡設計以取代白熾燈泡,未來的驅(qū)動器芯片需要做成更小的尺寸。
　　隨著它們轉(zhuǎn)向這類應用,驅(qū)動器需要具備避免發(fā)光二極管過熱的能力。為了做到這一點,很多供應商傾向于通過向客戶銷售散熱器和風扇來幫助散熱。盡管越來越多的LED用戶希望在LED需要進行散熱之前將其熱量降到最低,而解決這一問題就要從驅(qū)動器下手。
　　“在理想情況下LED使用壽命可以達到幾千小時“,Bowling表示。 “但是,要實現(xiàn)這一點,必須讓LED在其正常的工作溫度范圍內(nèi)工作。如果你將LED放在一個狹小的空間里,那么你需要解決如何散熱的問題。”
　　驅(qū)動器制造商正在通過開發(fā)更新更好的特性來幫助工程師處理這類問題 。例如,美國國家半導體公司已將一個為“熱量返送(thermal foldback)”的特性整合到多款器件---LM3464和LM3424。通過采用熱量返送機制,新款器件可以調(diào)節(jié)電流,以使LED始終工作在其最大工作范圍內(nèi)。
　　“熱量返送并不完全是設計用于出于保護燈泡的目的而進行的散熱。”Zarr表示。 “如果你所處的情況是LED正在接近其工作臨界溫度,驅(qū)動器會將折返電流并將燈泡調(diào)暗。”
　　驅(qū)動器還將給LED用戶其它理由來限制流經(jīng)器件的電流。例如,Analog Devices公司可以用其ADP1650驅(qū)動器來控制常被用于相機閃光燈的高亮度LED中的電流。
　　“從亮度的角度來看,可以通過電流輕松地對LED進行控制”,ADI公司的電源管理部技術總監(jiān)Jose Rodriguez表示。 “因此,我們在我們的驅(qū)動器內(nèi)部設置電流并且對其進行嚴密控制。”
　　控制調(diào)光器
　　專家指出,在過去幾年里,零部件廠商讓驅(qū)動器的功能更加強大。交流控制三極管(TRIAC)調(diào)光電路長期以來被視作是半導體照明的難題,如今可以和LED一同使用。專家稱,通過在這類電路使用LED,這將促成許多面向家庭、商業(yè)和工業(yè)照明的新應用的出現(xiàn)。
　　“當人們在真正的轉(zhuǎn)向LED燈泡的時候,他們不希望改變其基礎設施,” Zarr表示。 “他們不希望必須將調(diào)光器從墻上拿走。這就是為什么我們需要一款針對調(diào)光應用的解決方案。”
　　美國國家半導體的LM3445就是一個調(diào)光解決方案的例子。LM3445整合了用于讀取標準 TRIAC調(diào)光器調(diào)光信號的電路,并將這一信息轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制電流來驅(qū)動LED。
　　德州儀器的TPS92010解決了一個TRIAC-LED方案中常見的功耗問題。TPS92010集成了一個在TRIAC使用過程中不會產(chǎn)生功耗的電路。
　　“僅在光源的電壓輸入是零的情況下才會有電流,所以功耗是零瓦,”德州儀器(TI)的Di Maso表示。 TI向那些希望將這一功能整合到其所設計燈泡的工程師們提供了一款評估模塊。
　　增加的智能
　　因為驅(qū)動器制造商希望增加新的功能,他們還在產(chǎn)品整合了微控制器。板載智能使得基于微控制器的驅(qū)動器成為實現(xiàn)調(diào)光這類功能的最佳候選,因為這使其能夠監(jiān)測各項功能,然后有針對地做出決定。
　　“驅(qū)動器可以使用系統(tǒng)的輸入——在本案例中是來自TRIAC調(diào)光器的輸入,” Microchip公司的Bowling表示。 “它可以讀取線性電壓。它可以讀取TRIAC調(diào)光器的占空比。它可以監(jiān)測LED的工作電壓和溫度。然后,它再做出決定以保持系統(tǒng)在所選定的亮度等級下正常運行。”
　　Microchip提供了面向驅(qū)動器應用8位微控制器系列產(chǎn)品和16位數(shù)字信號控制器系列產(chǎn)品。8位微控制器PIC16F785整合了模擬外設,包括運算放大器、比較器和12通道10位A / D轉(zhuǎn)換。“可以在微處理器上的搭建模塊,”Bowling稱,“你可以采用模擬器件來調(diào)節(jié)驅(qū)動器和微處理器,以促進這一功能。”
　　Microchip的16位dsPIC 33GS數(shù)字信號控制器系列向前邁進了一步,整合了極高速的A / D轉(zhuǎn)換器,使得它們能夠?qū)崟r收集數(shù)據(jù)。因此,dsPIC系統(tǒng)允許開發(fā)人員拓展更先進的應用,包括調(diào)光、熱保護和顏色控制。
　　同樣,德州儀器提供 面向LED驅(qū)動器應用的Piccolo系列微控制器。在一個DC/DC式LED開發(fā)工具包中,該技術采用一個MCU來控制LED燈串。該套件旨在鎖定那些 想要在高功率應用場合下使用LED,且不用經(jīng)常更換燈泡的客戶。其應用范圍包括路燈、停機坪、工業(yè)照明,這些場所的用戶不希望頻繁更換燒壞的燈泡。
　　“Piccolo微控制器可以通過遠程命令將特定的LED燈串設定在指定等級的亮度”,ld.com.cn" target="_blank">德州儀器C2000微控制器營銷經(jīng)理Charlie Ice表示。“它可以檢測電流和確定其亮度等級,并且可以針對情況進行補償。在一個 LED已經(jīng)老化或過熱的情況,它也可以彌補這一不足。”
　　沒有“萬能型解決方案”
　　在幾乎所有LED應用中,專家指出,效率是誘發(fā)因素。與白熾燈泡相比,有很多白熾燈泡現(xiàn)在采用數(shù)字化控制在特定時間開啟和關閉,以達到省電,而LED不是一定需要智能控制機制。LED的效率是如此之高,幾乎超出了任何產(chǎn)品,使得其幾乎無須推行智能控制。
　 　這也是為什么汽車制造商已經(jīng)在尾燈、車內(nèi)照明及車頭燈中采用LED。在某些情況下,LED可以支持30萬英里的行程,其使用壽命超過了其所在車輛。因 此,汽車設計師們很是積極地在車輛車身整合LED模塊,他們知道該模塊可能永遠也不用更換。這樣,反過來,使得設計人員可以更加充分地發(fā)揮其創(chuàng)造能力,他 們發(fā)現(xiàn)整合封裝模塊會更加容易。
　　出于同樣的考慮,設計工程師也在GPS系統(tǒng)、上網(wǎng)本,平板電腦和電視背光源系統(tǒng)中用到了LED。隨著亮度提高和成本下降,高效率的LED變得更有意義。“當然,也有用于開啟和關閉照明系統(tǒng)的動態(tài)機制”,National Instruments公司的Zarr表示。 “但最簡單的機制,是首先用效率更高的東西來替代燈泡”。
　　這就是為什么驅(qū)動器將一直會是LED方案的一個重要組成部分。驅(qū)動器讓發(fā)光二極管燈泡保持低溫,并且延長了燈泡的壽命。此外,LED業(yè)界缺乏標準則意味著今后仍需要有大量的驅(qū)動器解決方案,尤其是在新應用不斷增長的情況下。
　　“LED產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在正處在演變階段”,Microchip公司Bowling 表示。“我們一直需要新的解決方案。因為沒有適用所有應用場合的萬能型解決方案。”
　　需求不斷增長
　　當然,并非所有形式的照明都需要驅(qū)動器。例如,長期以來,白熾燈泡被優(yōu)化以適用于我們常用的110V電源,因此不需要額外的電路來適配輸入電流到輸出。
　　然而,發(fā)光二極管要更復雜一些。“使用LED時,你首先需要了解輸入電源及其變化”,Microchip公司的8位微控制器產(chǎn)品部門應用經(jīng)理Steve Bowling表示,“在輸出端,工程師們要需要知道自己的光學要求和想要產(chǎn)生的流明值。最后,最終目標是讓驅(qū)動器提供一個恒流源給LED。”
　　要感謝被稱之為 Haitz定律的現(xiàn)象,盡管驅(qū)動LED變得更加復雜和更加有必要。 Haitz定律---一條以安捷倫科技公司的一位退休科學家Roland Haitz的名字命名的定律---指出,產(chǎn)生1流明的LED成本每10年下降10倍,而每個封裝所產(chǎn)生的亮度會增加20倍。對于LED用戶而言,Haitz定律意味著需求增加,這反過來又意味著開發(fā)新技術的任務流向了下游.
　　“人們就希望在把LED燈裝到位之后就不用再惦記著它”,國家半導體公司的Zarr表示。“他們不希望還要費神想太多,所以這個負擔被轉(zhuǎn)移人了LED燈的制造商,然后LED制造商再將壓力轉(zhuǎn)移到其下游的驅(qū)動器制造商。”