LED照明专用集成电路的设计及应用技术

　　一、引言

　　半导体照明是照明系统中的后起之秀，它具有寿命长、环保、节省能源、光色纯正、安全可靠等特点。随着半导体理论研究进一步深入以及半导体工艺的不断进步，人类对用LED作为未来光源的信心越来越足，LED逐渐替代白炽灯、荧光灯等电光源，成为人造光源主流产品已经为期不远。

　　随着大功率LED在灯光装饰和照明中的普遍使用，功率型LED的驱动电路显得越来越重要。没有好的驱动器与LED相匹配，LED照明的优势难以体现。大功率LED驱 动集成电路是LED照明系统中不可或缺的关键器件，因此，LED能否达到节能、纯色、环保等，集成电路起到至关重要作用。

　　采用“恒流驱动”方式，是比较理想的LED驱 动方式，它能避免LED正向电压的改变而引起电流变动，同时恒定的电流使LED的亮度稳定。因此大多数功率LED均采用“恒流驱动”方式。

　　在以往的LED驱动电路中，大多采用恒压驱动模式。但是，由于半导体制造工艺的差异，批次与批次、圆片与圆片、芯片与芯片之间难免会出现一些小小的差异，因而导致LED 的亮度不均匀，甚至造成芯片烧毁等现象。因此，应用工程师们不得不在电路设计上大伤脑筋，即使把电路设计得很复杂，也难免出现一些意想不到的事情。究其原因，是LED的正向导通电压差异所致。因为在LED的串、并结合的联结方式中，在同样的电压下，LED上的电流是不相同的，因而造成流过大电流的LED发光强，小的发光弱，导致发光强的LED首先烧毁。

　　由于LED是电流驱动器件， 如果给LED一个稳定的电流，它可以稳定发光。因此，恒流驱动电路正是在恒压驱动束手无策的时候显示出其独特的性能。下面，我们将以XLT604为例详细探讨恒流驱动电路的特点，介绍该电路的设计和应用，并给出一些参考电路。

　　二、XLT604专用电路设计实例

　　1.功能介绍

　　XLT604是采用BICMOS工艺设计的PWM高效LED厘流驱动控制芯片。输入电压Vin从8VDC至450VDC范围内，能为高亮LED提供恒流驱动。该芯片工作频率由外部电阻决定，最高可达300KHz的频率用于驱动外部MOSFET，对LED串采用恒流方式控制，以保持恒定亮度并增强LED的可靠性，其恒流值由外部取样电阻值决定，变化范围从几毫安到l安培。

　　XLT6O4驱动的LEI)可通过外部控制电压线性调节亮度，亦可通过外部低频PWM方式调节LED串的亮度。

　　2.系统功能框图(如图1)

　　3.芯片内部模块及框图

　　XLT604芯片内部包括基准电源、RC振荡、上电复位、线性调光、PWM调光、低电压检测、控制逻辑。输出驱动等模块。基准电源模块产生芯片内部的基准电压和基准电流;RC震荡模块产生的脉冲信号用于控制外部开关管的通断，其频率可通过外部电阻调节，线性调光模块通过对给定电压与反馈电压的比较决定开关管的通断;PWM调光模块通过外部给定PWM信号的占空比调节开关管的通断;低电压检测模块通过监测电源电压值决定芯片是否工作。(如图2)

　　三、XLT604应用电路

　　1.典型应用图

　　(1)AC-DC降压应用(如图3)

　　(2)DC-DC降压应用(如图4)

　　2.应用原理分析

　　(1)AC—DC应用

　　XLT604是可降压、升压、升降压驱动大功率LED串的控制芯片。该芯片既适用于AC输入，也适用于8—450VDC输入。交流输入时，为提高功率因素可在线路中加入无源功率因素校正电路。XLT604可驱动上百个LED串联或数串并联，通过调节恒流值可确保LED亮度并延长寿命。PWMD端可采用低频脉宽调制的方法调节LED亮度，同时兼作使能端，该端悬空时芯片无输出控制。该芯片也可通过LD端线性调压的方式调节LED的亮度。

　　(2)LED驱动控制

　　XLT604可控制包括隔离/非隔离、连续/非连续等类型的转换器。当GATE端输出高电平时电感或变压器原边电感储能或部分能量直接传给LED串，当功率MOSFET关断时，储存在电感上的能量转换为LED的驱动电流。

　　当VDD电压大于UVLO时，GATE端可以输出高电平，此时通过限制功率管的电流峰值的方式工作。外部电流采样电阻与功率管的源极串联，当外部采样电阻Rs的电压值超过设定值(内部设定值250mV，亦可通过LD外部设定)时，功率管关断。如果希望系统软启动，可在LD端对地并接一个电容Cld(图3中的Cld)，使LD端电压按期望的速率上升，进而控制LED电流缓慢上升。

　　(3)采样电阻值

　　对于降压拓扑结构，CS端的峰值电压可以代表LED的平均电流，但与平均值相比有一定的误差。假设电感上的峰电流值Ipp是150mA，LD端设置的基准Vid为250mV，为得到500mA的LD 电流Iout，采样电阻可采用如下的方法确定：

　　(4)调光

　　调光有两种方式：线性调节、PWM调节。两种方式可单独调节也可组合调节。

　　线性调光通过调节LD端电压从0到250mV而实现，该电压优先于内部设定值250mV。通过调节连接GND的变阻器可改变CS端的电压，当LD端的电压高于250mV时将不影响输出电流。如果希望更大的输出电流可以选择一个更小的采样电阻Rs(即Rs越小，输出电流越大)。

　　PWM调光通过一个几百Hz的PWM信号加在PWMD端而实现。此时，LED灯亮度与PWM信号的高电平时间长度成正比，在该模式下，LED电流为O或设定值之一。通过PWM调节方式可以在O-100%范围调光，但不能调出高于设定值的电流。PWM调光精度仅受限于GATE端输出的最窄脉宽。

　　(5)振荡频率

　　芯片内部的振荡频率通过外接电阻Rosc调节，其频率范围为：25KHz一3OCKHz，振荡频率可通过下式计算：

　　Fcsc =22000/(Rcsc[KΩ]+22)[KHz](常数22000和22是在设计内部振荡电路时确定的，属于内部RC振荡的固有参数)

　　(6)功率因素校正

　　当电源输入功率不超过25W时，可采用一个简单的无源功率因素校正电路，该电路由3个二极管两个电容组成，可将电路功率因素提高至85%。PFC电路如图5虚线所示：

　　(7)电感设计(Buck topology)

　　设输入电压交流有效值为220V ，Iout=350mA，Fosc= 50KHz，lO个LED的正向压降：Vout =30V;则整流后Vtn=220*1.4l=3l0V，

　　(8)输入滤波电容

　　输入滤波电容值应确保整流电压值始终大于两倍的LED串电压，假设电容两端有15%的纹波电压，一个简单的计算方法如下：　　

　　四、结束语

　　本文通过分析恒压输出与恒流输出LED驱动电路的特点，阐明了恒流驱动电路在LED驱动电路中的优点，讨论了功率LED驱动芯片内部结构和设计思路及其应用电路设计。并以XLT604电路实现用市电驱动大功率LED，解决了降压和恒流问题以及能量转换问题，同时还有比较高

　　的转换效率，较高的功率因素，较小的体积，能确保大功率LD长时间可靠工作等为例。详细分析了恒流驱动LED的优点，以及电路设计过程中需要注意调整的关键器件参数。为广大应用工程师提供一些参考，同时，也为LED广泛应用于路灯、台灯等产品中提供一种驱动芯片的选择。

编辑：Cedar