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线性恒流LED显示屏IC驱动器最经济有效的方法
编辑:深圳市恒彩光电科技有限公司   时间:2018-11-29

        利用简单的电阻器限制LED显示屏串中的电流看似最为经济和简便,那么为何还要费尽心思地使用线性驱动器IC呢?


        实际上,线性驱动器所带来的益处很多,具体包括: 

        ● 避免使用复杂、昂贵的器件(补偿不断变化的正向电压需要不同型号的电阻器)。通过脉宽调制(PWM)方式调节亮度。 

        ● 由于可采用不稳定的系统电源,降低了系统成本。 

        ● 减少了所需的板卡空间。 

        ● 使用更多的LED,提高了系统效率。 

        ● 理想的LED偏置和保护功能,最大限度延长使用寿命。


        在许多应用中,例如标志牌、彩虹管、广告牌、建筑照明灯、汽车照明灯、飞机照明灯等,线性驱动器都可满足相关应用的需求。


        除上述优势外,对于采用电池供电且需要对电源电压进行升压的移动设备,线性驱动器也有其局限性。 


        下面将介绍该线性LED驱动器的优势,并为LED驱动器的部署提供建议。


        由于具备二极管特性,LED需要恒定电流源,而不是恒定电压源。利用串联电阻器使LED电流保持恒定需要很大的电阻器压降,因此会降低系统效率。另一方面,如果系统电压或LED正向电压发生变化,串联电阻器的小电压降会导致所需的LED电流出现较大偏差。


        维持恒定的LED电流,可防止因系统电压或LED正向电压变化产生的过流所导致的过热使LED受损。根据不同的LED正向电压调整串联电阻器,这种方法已经过时。LED驱动器有助于提高整个系统的亮度精确度,同时最大程度减少发光质量的降低。


        图1 串联电阻器LED驱动vs恒流LED驱动器TLE4242


        图1显示采用三个标称正向电流为350mA的LED的汽车应用。选择串联电阻器困难很大:在低电池电压条件下,正向电流较低,LED亮度不足。如果出现瞬变(负载突降、双电池),LED很可能受损。在低电池电压条件下,恒流源可防止LED受损,提供更强的亮度。

 

        LED串中的最大LED数量主要取决于电阻器或LED驱动器的压降。如果采用电阻器,要想获得最恒定的电流需要较大的压降。然而,这就意味着要产生热量而不是光。线性LED驱动器可以较低的压降,提供恒定电流,这样就可以在LED串中使用更多的LED,提高整个系统的效率。TLE42xx系列的典型压降为0.5V,最大压降为0.7V,BCR4xx系列的典型压降为1.2V,最大压降为  1.5V。

   

        与通过升至高压为长LED链路供电的开关模式转换器不同,并联LED串独具优势:由于线性驱动器不发光,因此无须采用无源滤波组件。


        TLE4241和TLE4242 LED驱动器在关断模式下,静态电流不足1μA,这使得它们适合用作高侧开关。


        采取两种途径调节LED的亮度:调节LED的正向电流水平或对预定义正向电流进行PWM调节。鉴于以下两点原因,建议不要采用调节正向电流的方法。首先,LED在亮度范围内,并没有在最佳效率点工作。其次,正向电流不同于标称LED电流可能会导致输出的灯光颜色改变。PWM亮度调节通过低频PWM信号调节LED输入,可解决上述两个问题。LED在单电流驱动电平条件下导通,其亮度可通过改变LED导通的平均时间进行调节。根据负载周期,该频率不应低于200Hz;通常情况下,500Hz~1kHz足以使用。PWM控制装置集成至TLE4241、TLE4242或BCR450等单芯片解决方案。BCR40x LED驱动器系列允许通过外部数字晶体管完成PWM亮度调节。

 

        为了识别故障LED,TLE42xx系列可在状态输出条件下,指示开路负载情况。它还可直接与采用至VCC的上拉电阻器的微处理器连接。图2和图3为采用英飞凌LED驱动器的不同应用。


        LED通常具备正温度系数,即LED正向电压随着LED温度的升高而降低,导致LED随着温度上升而消耗更大的电流。这将潜在地导致热量失控和LED损毁。因此,需要对二极管电流进行控制,使其保持恒定。

        

        图2 与外部功率级一并使用的低成本BCR450线性LED驱动器


        TLE4xxx与BCR4xx线性恒流LED驱动器适用于恶劣的环境,例如交通照明、建筑物照明、铁路、交通或汽车应用。该产品允许瞬变电压高达45V(由型号决定),可在高达150℃的结温下工作,可承受很高的发热温度。如果系统出现故障,过流与过温保护功能可保护IC及其应用。TLE4xxx系列能够承受反向连接电源电压。


        在系统电压不断变化的条件下,为了最大限度减少热量,获得恒定亮度,LED正向电压最大值应接近(但等于或低于)供电电压减去LED驱动器压降。当LED正向电压为最小值,输入电压为最大值时,LED驱动器的损耗最大。


        图3 TLE4241 LED驱动器具备PWM控制和开路负载检测功能


        有几种散热和防止PCB出现温度梯度的方式: 

        ● 并联使用几个小型且经济实惠的封装,但需使其在PCB上各自分离。 

        ● 使驱动器电路与功率晶体管分离。该原理也可使功率晶体管适应实际所需的二极管电流。 

        ● 采用高性能TAB封装(如小型SCT595或大型TO263封装),实现与PCB良好的热接触,将热阻降至最低。


        总结:利用线性恒流LED显示屏IC驱动器驱动LED是最经济有效的方法,它的灵活性以及技术优势可提高效率,优化系统成本,促进LED显示屏应用的普及。

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