配电开关在LED应用中的技术分析

 

　　高功率LED正越来越多地被运用于各种领域，包括汽车照明、照相手机闪光灯、舞台灯光、场所照明、夜景照明、闪光灯、自行车灯和汽车行驶灯。本文将讨论在LED应用中采用配电开关的各个技术问题。

　　当前，限流配电开关是设计者用来驱动LED的最好选择之一。这是因为配电开关操作简单，而且能够更好地控制对系统各种负载的配电。它的功能很简单：在开关开启状态下，允许电流流向负载，在开关关闭状态下，阻止电流流向负载。

　　这种开关还具有限流功能，也就是说，当开关开启时，负载的最大电流就等于开关设定的电流限制值。这个限流功能正是设计一个恒流LED驱动器所必需的。

　　为什么设计者会如此需要以恒流驱动LED呢?因为流过LED的电流保持恒定状态时，LED的光强度也是恒定的，即便在流过LED的电压改变的情况下也不会改变。这是各种要求稳定的光强度的应用所必需的。

　　图1展示了Micrel公司MIC2007型限流配电开关图例。

　　

 

　　图1：MIC2007区块图

　　在所有限流开关中，MIC2007的功率-封装比是最高的，而电阻则一般仅为77mΩ。

　　

 

　　图2：MIC2007驱动LED灯

　　以配电开关作为恒流LED驱动器

　　图2展示的是输出和LED相连的配电开关。MIC2007可以在2.5V-5.5V的输入电压下工作。它是通过外置电阻器Rset来设定限流值的。限流值等于CLF/Rset，CLF为限流因数，一般是245(请参考MIC2007数据表暨电气性能表)，而Rset 则等于0.7 kΩ。因此，限流值就是245/0.7 kΩ = 350 mA。

　　当开关打开时，LED会试图吸收尽可能大的电流，但由于开关的限制，最大只能为350mA。因此，只要开关打开，而且开关输入电压(Vin)在2.5V-5.5V的范围之内，流过LED的电流就能一直保持在350mA。

　　有了限流开关，LED的限流值就能通过改变Rset电阻器的值来在200 mA到2 A之间调整。如此宽的一个限流值范围，可以适用于各种高功率LED，并使之能用于各种应用。

　　这一IC带有Cslew管脚，Cslew和Vin之间的电容器通过它来连接。Cslew电容器可以用来延长LED的开启时间。同时，它还带有一个内置负荷放电晶体管(P-channel FET)。当开关关闭时，这个FET会放出输出电流。

　　

 

　　图3：利用MIC2007来逐渐开启和关闭LED

　　在某些应用中，需要逐渐开启和关闭LED，以使得观众不会因为光照条件的突然改变而短暂性失明。图3就展示了一个可以任意设定开启时间和关闭时间的方案。

　　在这里，开启的输入和Vin是相关的，而对开启和关闭的控制则是通过给Ilimit管脚发一个5 V的信号来完成(图3中没有显示Cslew管脚)。

　　要算出图3中电路的限流值，需把0.5 kΩ和0.2 kΩ(3.33 kΩ和0.212 kΩ电阻器的等效电阻)相加，得出0.7 kΩ。这样的话，限流值就是245/0.7 kΩ = 350 mA。另外，通过一个680 μF的电容器值，开启和关闭时间被设定在300 ms。这个时间是这样计算出来的：2.2 x R x C = 2.2 x 0.2 kΩ x 680 μF = 300 ms。其结果如下图4中所示。

　　

 

　　图4：通道1是加到Ilimit上的0 5 V信号，而通道4则是通过LED的电流(Iled; 开启时间= 关闭时间= 300 ms)。

　　MIC2007可以在开关开启且LED已点亮之后调节限流值。而通过改变限流值，就可以动态调节LED的光强度。如图5所示，有4个电阻器连接到Ilimit管脚。

　　

 

　　图5：4级LED光强度控制

　　如果4个电阻器的电阻值一致，LED光强度就可以有4个不同等级。将几个电阻器连接到Ilimit管脚上，就能获得几个等级的LED光强度。

　　如果电阻器的电阻值不同，则可以通过采用不同的电阻器组合，来调节LED的光强度。比如，如果电阻值为R, R/2, R/4, R/8和R/16的5个电阻器都被采用，那么组合R, R/2 和R/4三个电阻器时LED的光强度就更低，而组合R/4, R/8和R/16三个电阻器时LED的光强度就更高。

　　Micrel公司的MIC2000系列限流配电开关可以允许最大2A的电流流向负载，这样大的电流足够用于系统中的大部分负载。限流配电开关可以给目前众多设计人员都在使用的高功率LED提供负载，以满足当今市场中各种照明应用日益增长的要求。