低損耗ＬＥＤ驅動器通過提高效率、延長電池壽命加快系統(tǒng)的綠色進程

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摘要：現(xiàn)今有很多不同的方案可以為高亮LED(HB LED)供電。由于多數(shù)系統(tǒng)采用電池供電，能效成為延長電池使用壽命和系統(tǒng)工作時間的關鍵。提高電池的使用效率還有助于加快系統(tǒng)的“綠色”進程。在電池的有效使用期限內，相同充電次數(shù)下，延長兩次充電之間的時間間隔有可能使電池的有效使用時間延長數(shù)百小時。這意味著送到垃圾填埋場或危險廢物處理場進行銷毀電池數(shù)量會大大降低。

關鍵詞：綠色環(huán)保；LED；DC-DC轉換器；升壓；降壓

低功耗照明的驅動器通常采用簡單的線性穩(wěn)壓器，將其配置成恒流模式(圖1a)。線性穩(wěn)壓器具有設計簡單等優(yōu)點。然而、其主要缺點在于功耗較大，因為工作時，多余的電壓通過檢流電阻和調整管本身的發(fā)熱耗散掉。這樣的熱損耗還嚴重阻礙了系統(tǒng)的“綠色”進程。熱損耗越大，對冷卻裝置(風扇或大金屬散熱器)的要求越高，消耗的能量也越多，并會占用更大的空間和重量，同時也意味著材料成本和制造時間的增加。

一種替代的解決方案是采用開關模式調節(jié)架構，例如buck或boost調節(jié)器(圖1b)。這類調節(jié)器通常需要一個0.8V至1.3V的反饋電壓，用于調節(jié)流過LED的電流。用來建立該電壓的電流測量電路通常是與LED串聯(lián)的一個小電阻。電阻兩端的電壓作為反饋電壓，可以為LED維持恒流供電。這種架構降低了調節(jié)器本身的損耗、但檢流電阻的功耗使系統(tǒng)損耗仍然存在。

為了降低檢流電阻的功耗，應采用低損耗電流檢測電路，例如采用電阻／運放結合的方式提供開關轉換器所要求的反饋電壓。可以采用專用的精密檢流放大器，例如MAX9938H，為檢流電阻兩端的電壓產(chǎn)生100V/V的檢測增益。這一方案能夠把反饋電路的損耗降至幾個毫瓦，甚至可以采用電路板上的一小段覆銅引線作為小的檢流電阻，成本幾乎為零，由此可見，該方案具有很大吸引力。

在圖2所示電路中，boost轉換電路采用了MAX9938H檢流放大器，并使用MAX8815A升壓轉換器通過兩節(jié)NiMH串聯(lián)電池為其供電。MAX8815AI作在最高2MHz的開關頻率下，效率高達97％。高開關頻率最大限度減小了外部元件的尺寸：而內部補償功能則減少了外部元件數(shù)量，適用于成本和空間敏感產(chǎn)品。該轉換器可以在兩節(jié)NiMH或NiCd電池或單節(jié)Li+/Li聚合物電池供電時產(chǎn)生3.3V至5V的輸出電壓。

MAX 8815A具有兩種工作模式：低功耗模式和重載條件下的固定頻率、強制PWM模式。低功耗模式僅消耗30μA的靜態(tài)電流，空載或輕載條件下允許轉換器僅在必要時才啟動開關工作。低功耗模式在輕載時能夠提供最高效率，最大限度地避免了能量的浪費，有效降低電池損耗。

另一種模式適用于重載條件(通常超過90mA)，采用固定頻率、強制PWM模式，任何負載條件下均工作在固定頻率。該模式便于噪聲濾波，并具有較低的輸出紋波，不過功耗較大。此應用中，MAX8815A工作在大功率的固定PWM模式，關斷引腳用于控制驅動器的使能或關斷。關斷模式下，MAX8815A僅消耗100nA的電池電流，有助于延長電池的使用壽命和兩次充電之間的時間間隔。

配合MAX8815A工作時，MAX9938H檢流放大器對電流進行控制、從而保持流過LED的電流為固定的1A。該放大器的輸入端集成了增益設置電阻，將增益設置在100V/V。此外、該器件還具有低于500μV(最大值)的V_os和低于0.5％(最大值)的增益誤差，保持較高的精度等級。MAX9938H在靜態(tài)模式下僅消耗1μA電流。通過調整不同的并聯(lián)電阻值(有時可以采用覆銅引線)，例如修改或微調芯片的并聯(lián)電阻，可以改變電流值。該設計方案包括4個單元：buck或boost調節(jié)器、控制環(huán)路、檢流電阻、檢流放大器(MAX9938H)。因為最大限度地降低了調節(jié)器和控制環(huán)路的功耗，該方案有效延長了電池使用壽命。公司提供MAX8815A和MAX9938H的樣品和評估板。