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(dòng)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(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)LED，因?yàn)檫@會(huì)縮短其壽命。恒流控制有助于確保實(shí)現(xiàn)這種情況。

對(duì)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?；?a target="_blank">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(cè)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(cè)電阻，如圖1所示。對(duì)于電壓模式，檢測(cè)電阻被移除，相反，反饋引腳連接到分壓器，對(duì)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(cè)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(duì)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(hào)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(huì)改變LED亮度?；蛘?，可以使用ILED輸入引腳的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)和低邏輯信號(hào)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(duì)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(dòng)多達(dá)5個(gè)串聯(lián)LED，輸出電壓高達(dá)20 V對(duì)于S30X型號(hào)，或者對(duì)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(cè)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(duì)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(hào)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(cè)和熱關(guān)斷保護(hù)。如果電池電壓過低，欠壓檢測(cè)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(huì)出現(xiàn)噪聲問題，這可能會(huì)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?huì)因I2R損耗而降低整體效率。此外，即使微量電感增加，也會(huì)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(cè)電阻還應(yīng)具有到調(diào)節(jié)器的短路徑，因?yàn)樗鼤?huì)將噪聲耦合到反饋引腳，如果噪聲太高，可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的操作。一般來說，最好先對(duì)輸入和輸出電容，檢測(cè)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(dòng)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(dòng)器的一個(gè)例子是Microsemi LX2260。高亮度多通道LED驅(qū)動(dòng)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(cè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(jiǎn)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(duì)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(duì)連接的移動(dòng)設(shè)備非常重要為了設(shè)定亮度等級(jí)，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(dòng)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(dòng)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)?。?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(chǔ)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(dòng)條件和“導(dǎo)通時(shí)間”。

圖3：框圖使用二極管ZXLD38的LED驅(qū)動(dòng)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(huì)下降。

當(dāng)電感電流達(dá)到零時(shí)，輸出引腳上的電壓會(huì)回落到電源電壓。該動(dòng)作由脈沖控制電路檢測(cè)，該電路啟動(dòng)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(chǔ)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(chǎng)。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