低损耗LED驱动器通过提高效率、延长电池寿命加快系统的绿色进程

2009年08月18日 14:08    李宽
关键词: LED , 电池寿命 , 绿色进程 , 驱动器
低功耗照明的驱动器通常采用简单的线性稳压器,将其配置成恒流模式(图1a)。线性稳压器具有设计简单等优点。然而,其主要缺点在于功耗较大,因为工作时,多余的电压通过检流电阻和调整管本身的发热耗散掉。这样的热损耗还严重阻碍了系统的“绿色”进程。热损耗越大,对冷却装置(风扇或大金属散热器)的要求越高,消耗的能量也越多,并会占用更大的空间和重量,同时也意味着材料成本和制造时间的增加。



  一种替代的解决方案是采用开关模式调节架构,例如buck或boost调节器(图1b)。这类调节器通常需要一个0.8V至1.3V的反馈电压,用于调节流过LED电流。用来建立该电压的电流测量电路通常是与LED串联的一个小电阻。电阻两端的电压作为反馈电压,可以为LED维持恒流供电。这种架构降低了调节器本身的损耗,但检流电阻的功耗使系统损耗仍然存在。



  为了降低检流电阻的功耗,应采用低损耗电流检测电路,例如采用电阻/运放结合的方式提供开关转换器所要求的反馈电压。可以采用专用的精密检流放大器,例如MAX9938H,为检流电阻两端的电压产生100V/V的检测增益。这一方案能够把反馈电路的损耗降至几个毫瓦,甚至可以采用电路板上的一小段覆铜引线作为小的检流电阻,成本几乎为零,由此可见,该方案具有很大吸引力。

  在图2所示电路中,boost转换电路采用了MAX9938H检流放大器,并使用MAX8815A升压转换器通过两节NiMH串联电池为其供电。MAX8815A工作在最高2MHz的开关频率下,效率高达97%。高开关频率最大限度减小了外部元件的尺寸;而内部补偿功能则减少了外部元件数量,适用于成本和空间敏感产品。该转换器可以在两节NiMH或NiCd电池或单节Li+/Li聚合物电池供电时产生 3.3V至5V的输出电压。

  MAX 8815A具有两种工作模式:低功耗模式和重载条件下的固定频率、强制PWM模式。低功耗模式仅消耗30μA的静态电流,空载或轻载条件下允许转换器仅在必要时才启动开关工作。低功耗模式在轻载时能够提供最高效率,最大限度地避免了能量的浪费,有效降低电池损耗。



  另一种模式适用于重载条件(通常超过90mA),采用固定频率、强制PWM模式,任何负载条件下均工作在固定频率。该模式便于噪声滤波,并具有较低的输出纹波,不过功耗较大。此应用中,MAX8815A工作在大功率的固定PWM模式,关断引脚用于控制驱动器的使能或关断。关断模式下,MAX8815A仅消耗100nA的电池电流,有助于延长电池的使用寿命和两次充电之间的时间间隔。

  配合MAX8815A工作时,MAX9938H检流放大器对电流进行控制,从而保持流过LED的电流为固定的1A。该放大器的输入端集成了增益设置电阻,将增益设置在100V/V。此外,该器件还具有低于500μV (最大值)的VOS和低于0.5% (最大值)的增益误差,保持较高的精度等级。MAX9938H在静态模式下仅消耗1μA电流。通过调整不同的并联电阻值(有时可以采用覆铜引线),例如修改或微调芯片的并联电阻,可以改变电流值。该设计方案包括4个单元:buck或boost调节器、控制环路、检流电阻、检流放大器(MAX9938H)。因为最大限度地降低了调节器和控制环路的功耗,该方案有效延长了电池使用寿命。公司提供MAX8815A和MAX9938H的样品和评估板。
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