當(dāng)前能源短缺的憂慮再度升高的背景下，節(jié)約能源是我們未來(lái)面臨的重要的問(wèn)題，在照明領(lǐng)域，LED發(fā)光產(chǎn)品的應(yīng)用正吸引著世人的目光，LED作為一種新型的綠色光源產(chǎn)品，必然是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，二十一世紀(jì)將進(jìn)入以LED為代表的新型照明光源時(shí)代。隨著功率的增加，LED的散熱問(wèn)題顯得越來(lái)越突出，大量實(shí)際應(yīng)用表明，LED不能加大輸入功率的基本原因，是由于LED在工作過(guò)程中會(huì)放出大量的熱，使管芯結(jié)溫迅速上升，熱阻變大。輸入功率越高，發(fā)熱效應(yīng)越大。溫度的升高將導(dǎo)致器件性能變化與衰減，非輻射復(fù)合增加，器件的漏電流增加，半導(dǎo)體材料缺陷增長(zhǎng)，金屬電極電遷移，封裝用環(huán)氧樹(shù)脂黃化等等，嚴(yán)重影響LED的光電參數(shù)。甚至使功率LED失效。因此，對(duì)于LED器件，降低熱阻與結(jié)溫、對(duì)發(fā)光二極管的熱特性進(jìn)行研究顯得日趨重要。此外，對(duì)清潔能源的關(guān)注和太陽(yáng)能電池板成本的下降，也帶動(dòng)了當(dāng)前業(yè)內(nèi)的太陽(yáng)能商用熱潮。為了幫助讀者更快更好地把握這一商機(jī)，本刊特別邀請(qǐng)到了Linear電源Tony Armstrong來(lái)分享他的獨(dú)到見(jiàn)解。

　　問(wèn)：采用PWM或模擬調(diào)光時(shí)，如何消除LED的光閃爍現(xiàn)象？

　　答：面對(duì)高功率、高亮度LED普及率的日益提高，電子照明設(shè)計(jì)師必須提供高效、準(zhǔn)確和簡(jiǎn)單的LED驅(qū)動(dòng)解決方案。由于高功率照明燈（如汽車(chē)前照燈或大型LCD顯示器背光源）實(shí)現(xiàn)了與商用化串聯(lián)LED陣列的互換性，因而使得此項(xiàng)任務(wù)變得更加困難。

　　傳統(tǒng)上，利用準(zhǔn)確的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)高功率LED串與實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單性和高效率這兩者之間是相抵觸的，通常需要采用某種效率低下的線性穩(wěn)壓器方案或更加精細(xì)復(fù)雜的多IC開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器配置。此外，確保每個(gè)LED具有均勻的亮度且不產(chǎn)生任何閃爍也成為了主要的設(shè)計(jì)障礙。

　　人們普遍接受的LED亮度控制方法有兩種，即模擬調(diào)光和PWM數(shù)字調(diào)光。當(dāng)采用模擬調(diào)光時(shí)，LED電流的調(diào)節(jié)范圍在某個(gè)值至該值的約10%之間（10:1調(diào)光范圍）。由于LED的色譜與電流有關(guān)，因此這種方法并不適合于某些應(yīng)用。然而，PWM數(shù)字調(diào)光方式則是以某種快至足以掩蓋視覺(jué)閃爍的速率（通常高于100kHz）在零電流和LED電流之間進(jìn)行切換。該占空比改變了有效平均電流，從而實(shí)現(xiàn)了高達(dá)3000:1的調(diào)光范圍（僅受限于占空比）。由于LED電流要么處于值，要么被關(guān)斷，所以該方法還具有能夠避免發(fā)生LED色偏的優(yōu)點(diǎn)，而在采用模擬調(diào)光時(shí)這種LED色偏現(xiàn)象是很常見(jiàn)的。

　　問(wèn)：大功率LED照明的散熱問(wèn)題應(yīng)該如何解決？

　　答：兩種用量、功率的LED照明應(yīng)用是大屏幕LCD TV顯示器的背面照明和汽車(chē)前照燈。您不妨看看Lexus（雷克薩斯）、Audi（奧迪）、甚至GM（通用）公司的Cadillac Escalade所使用的標(biāo)準(zhǔn)LED汽車(chē)前照燈。所有這些汽車(chē)的總體照明結(jié)構(gòu)均很相似。每個(gè)汽車(chē)前照燈包括5種專為各種照明要求而優(yōu)化的LED供電光束，包括：近光燈、遠(yuǎn)光燈、轉(zhuǎn)彎輔助燈、晝間行駛燈和轉(zhuǎn)向信號(hào)指示燈。

　　LED大功率照明作為第四代電光源，賦有"綠色照明光源"之稱，具有體積小、安全低電壓、壽命長(zhǎng)、電光轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)良特性，必將取代傳統(tǒng)的白熾燈、鹵鎢燈和熒光燈而成為21世紀(jì)的新一代光源。由于目前LED大功率照明在光通量、轉(zhuǎn)換效率和成本等方面的制約，因此決定了大功率白光LED短期內(nèi)的應(yīng)用主要是一些特殊領(lǐng)域的照明，中長(zhǎng)期目標(biāo)才是通用照明。LED大功率照明作為照明光源具有體積小、耗電小、發(fā)熱小、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、安全低電壓、耐候性好、方向性好等優(yōu)點(diǎn)。大功率LED照明在油田、石化、鐵路、礦山、部隊(duì)等特殊行業(yè)、城市景觀照明、顯示屏以及體育場(chǎng)館等，特種工作燈具中的具有廣泛的應(yīng)用前景。

　　處理該散熱問(wèn)題方法有很多種。一種是增加大量的散熱器以把熱量從照明燈移走。然而，這會(huì)產(chǎn)生另一組問(wèn)題，包括因?yàn)樯岵牧系氖褂枚鴮?dǎo)致的成本和重量的增加。解決這一問(wèn)題有效的方法是采用一個(gè)具極高效率的驅(qū)動(dòng)器（效率>93%） 來(lái)限度地減少LED驅(qū)動(dòng)電路的熱耗散。這并不像聽(tīng)起來(lái)那么困難，原因是一個(gè)50W的遠(yuǎn)光燈通?？捎?4個(gè)串聯(lián)的1A LED組成。由于整個(gè)溫度范圍內(nèi)的正向電壓降約為每個(gè)LED 4V,因此升壓轉(zhuǎn)換器LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠以93%的效率將12V的標(biāo)稱電池電壓提升至剛好超過(guò)56V.這使得僅需耗散3.5W的功率，對(duì)于該功率耗散值，在安裝了LED汽車(chē)前照燈的印刷電路板內(nèi)布設(shè)低等級(jí)的銅散熱器便可輕松地滿足要求。

　　問(wèn)：用太陽(yáng)能電池板采集來(lái)的電能對(duì)蓄電池進(jìn)行充電時(shí)，關(guān)鍵的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)有哪些？

　　答：太陽(yáng)能（Solar Energy），一般是指太陽(yáng)光的輻射能量，在現(xiàn)代一般用作發(fā)電。自地球形成生物就主要以太陽(yáng)提供的熱和光生存，而自古人類(lèi)也懂得以陽(yáng)光曬干物件，并作為保存食物的方法，如制鹽和曬咸魚(yú)等。但在化石燃料減少下，才有意把太陽(yáng)能進(jìn)一步發(fā)展。太陽(yáng)能的利用有被動(dòng)式利用（光熱轉(zhuǎn)換）和光電轉(zhuǎn)換兩種方式。太陽(yáng)能發(fā)電一種新興的可再生能源。廣義上的太陽(yáng)能是地球上許多能量的來(lái)源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢(shì)能等等。

　　一般而言，太陽(yáng)能電池板所獲取的能量用于給電池充電，電池的儲(chǔ)能反過(guò)來(lái)將在沒(méi)有陽(yáng)光照射的情況下為終端應(yīng)用電路的操作提供支持。如欲實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能電池充電器的設(shè)計(jì)，則必需對(duì)太陽(yáng)能電池板的特性有所了解。首先，由于具有很大的結(jié)合區(qū)，因此太陽(yáng)能電池板會(huì)發(fā)生泄漏，在黑暗條件下電池將通過(guò)電池板放電。而且，每塊太陽(yáng)能電池板都擁有一個(gè)具功率點(diǎn)的特征IV曲線，所以，當(dāng)負(fù)載特性與電池板特性不相匹配時(shí)，能量提取將有所減少。理想的情況是：電池板將在功率點(diǎn)上被持續(xù)加載，以充分地利用可用的太陽(yáng)能，并由此限度地縮減電池板成本。

　　一般情況下，可以采用一個(gè)與電池板相串聯(lián)的肖特基二極管來(lái)解決電池板的泄漏問(wèn)題。反向泄漏被減小至一個(gè)很低的數(shù)值；然而，肖特基二極管的正向電壓降 （它在高電流條件下會(huì)消耗大量的功率） 仍然會(huì)造成能量損失。因此，需要采用昂貴的散熱器和精細(xì)的布局來(lái)把肖特基二極管保持于低溫狀態(tài)。解決該功率耗散問(wèn)題的一種更加有效方法是用一個(gè)基于MOSFET的理想二極管來(lái)替代肖特基二極管。這將把正向電壓降減小到低至20mV,從而顯著地減少功耗，同時(shí)降低散熱布局的復(fù)雜性、外形尺寸和成本。幸運(yùn)的是，由于已經(jīng)有一些IC供應(yīng)商制造出了具有這種規(guī)格的理想二極管 （比如：由凌力爾特公司提供的LTC4412），因此上述目標(biāo)得以輕松實(shí)現(xiàn)。

　　不過(guò)，有兩個(gè)問(wèn)題依然存在，即："至滿充電電池的浮動(dòng)電壓控制"和"在發(fā)電點(diǎn)給電池板加載".這些問(wèn)題常常可以通過(guò)采用一個(gè)開(kāi)關(guān)模式充電器和一個(gè)高效率降壓型穩(wěn)壓器來(lái)加以解決。

　　凌力爾特已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了這樣一款電路，它由LTC1625 No RESNSE（無(wú)檢測(cè)電阻器）同步降壓型控制器、LTC1541微功率運(yùn)算放大器、比較器和基準(zhǔn)、以及LTC4412理想二極管組成。下面給出了該電路以供參考：

　　圖1中的電路被置于太陽(yáng)能電池板和電池之間，用于調(diào)節(jié)電池浮動(dòng)電壓?；贚TC1541的附加控制環(huán)路強(qiáng)制充電器在電池板功率點(diǎn)上運(yùn)作。這種效率的提升縮減了所需的電池板尺寸，因而降低了總體解決方案的成本。當(dāng)電池板峰值電源電壓和電池電壓之間存在失配時(shí)，這款電路的重要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)得尤為突出。

圖1：峰值功率跟蹤降壓充電器限度地提高了效率

　　問(wèn)：Linear提供了哪些獨(dú)特的解決方案來(lái)解決以上設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)？

　　答：凌特公司（Linear Technology Corporation）創(chuàng)建于 1981 年，總部位于美國(guó)硅谷，是一家高性能線性集成電路制造商。凌特的產(chǎn)品包括高性能放大器、比較器、電壓基準(zhǔn)、單片濾波器、線性穩(wěn)壓器、DC/DC 變換器、電池充電器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、通信接口電路、射頻信號(hào)修整電路及其它眾多模擬功能。凌特公司的高性能電路可用于電信、蜂窩電話、如光纖交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、筆記本電腦和臺(tái)式電腦、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、視頻/多媒體裝置、工業(yè)儀表、安全監(jiān)控設(shè)備、包括數(shù)碼照相機(jī)、MP3 播放器在內(nèi)的高端消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品、復(fù)雜醫(yī)療設(shè)備、汽車(chē)用電子設(shè)備、工廠自動(dòng)化、過(guò)程控制、軍事和航天系統(tǒng)等領(lǐng)域。為了滿足LED驅(qū)動(dòng)以及太陽(yáng)能電池板電池充電器的設(shè)計(jì)需要，凌力爾特提供了各種各樣的產(chǎn)品。LT3595、LT3518和LT3755便是其中一些產(chǎn)品。

　　此類(lèi)產(chǎn)品和LED驅(qū)動(dòng)器IC的一個(gè)實(shí)例是凌力爾特的LT3595降壓模式LED驅(qū)動(dòng)器，它具有16個(gè)單獨(dú)的通道，每個(gè)通道能夠從高達(dá)45V的輸入來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)由多達(dá)10個(gè)50mA LED所組成的LED串。每個(gè)通道可用于驅(qū)動(dòng)10個(gè)串聯(lián)LED以提供局部調(diào)光。于是，每個(gè)LT3595都能夠驅(qū)動(dòng)多達(dá)160個(gè)50mA白光LED.一臺(tái)46英寸LCD TV將需要為每部HDTV配用約10個(gè)LT3595.它的16個(gè)通道均可以獨(dú)立控制，并具有一個(gè)能夠提供高達(dá)5000:1 PWM調(diào)光比的單獨(dú)PWM輸入。

　　每個(gè)通道只需要一個(gè)纖巧的片式電感器和一個(gè)甚至更加小巧的陶瓷輸出電容器。所需的其他元件僅為單個(gè)輸入電容器和電流設(shè)定電阻器 （圖2）。所有16個(gè)通道的箝位二極管、電源開(kāi)關(guān)和具補(bǔ)償功能的控制邏輯電路都被壓縮在LT3595的相對(duì)較小56引腳、5mm x 9mm QFN封裝之內(nèi)。

圖2：一個(gè)從45V輸入來(lái)驅(qū)動(dòng)160個(gè)白光LED的16通道LED驅(qū)動(dòng)器。PWM調(diào)光比為5000:1。

　　大多數(shù)電池供電型便攜式產(chǎn)品均具有一個(gè)或多個(gè)顯示屏，用于向用戶傳遞圖形信息。然而，TFT-LCD顯示屏 （甚至OLED屏） 的供電需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)師給予特別的關(guān)注。為了實(shí)現(xiàn)TFT-LCD屏的正確供電，一個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器必需要能夠以正確上電和斷電排序來(lái)提供三個(gè)獨(dú)立的輸出電壓，即：AVDD、VON和VOFF.凌力爾特認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)，并開(kāi)發(fā)出了專門(mén)針對(duì)該用途的專用單片式DC/DC轉(zhuǎn)換器。推出的一款器件是我們的LT3513.該轉(zhuǎn)換器具有5個(gè)獨(dú)立受控的穩(wěn)壓器，用于提供一個(gè)TFT-LCD屏內(nèi)部所有必要的電源軌。

　　其降壓型穩(wěn)壓器能夠?yàn)檫壿嬰娫窜壿斔透哌_(dá)1.2A的連續(xù)輸出電流?？梢岳肔DO控制器和一個(gè)外部NPN MOSFET產(chǎn)生一個(gè)較低電壓輔助邏輯電源。一個(gè)高功率升壓型轉(zhuǎn)換器 （ISW = 1.5A）、一個(gè)較低功率升壓型轉(zhuǎn)換器 （ISW = 250mA） 和一個(gè)負(fù)輸出轉(zhuǎn)換器 （ISW = 250mA） 提供了三個(gè)獨(dú)立的輸出電壓，即：LCD屏通常需要的AVDD、VON和VOFF.一個(gè)集成高壓側(cè)PNP提供了VON信號(hào)的延遲接通，而顯示屏保護(hù)電路則將在4個(gè)輸出中的任一個(gè)低于其編程輸出電壓達(dá)10%以上時(shí)停用VON,從而起到保護(hù)TFT-LCD屏的作用。其他特點(diǎn)包括集成肖特基二極管、用于AVDD引腳的PGOOD引腳、輸出斷接以及用于降壓型穩(wěn)壓器的電感器電流檢測(cè)功能。

　　LT3755/-1是 DC/DC 控制器，專為充當(dāng)一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)高電流 LED 的恒定電流源而設(shè)計(jì)。它們從一個(gè)內(nèi)部已調(diào) 7V 電源來(lái)驅(qū)動(dòng)一個(gè)低壓側(cè)外部 N 溝道功率 MOSFET.固定頻率、電流模式架構(gòu)在一個(gè)很寬的電源和輸出電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的操作。一個(gè)參考于地的電壓 FB 引腳用作多個(gè) LED 保護(hù)功能電路的輸入，而且還使得轉(zhuǎn)換器能夠起一個(gè)恒定電壓源的作用。一個(gè)頻率調(diào)節(jié)引腳允許用戶在 100kHz 至 1MHz 的范圍內(nèi)設(shè)置頻率，旨在優(yōu)化效率、性能或外部元件尺寸。 LT3755/-1在 LED 串的高壓側(cè)檢測(cè)輸出電流。高壓側(cè)電流檢測(cè)是用于驅(qū)動(dòng)LED 靈活的方案，允許采用升壓、降壓模式或降壓-升壓模式配置。PWM 輸入提供了高達(dá) 3000:1 的 LED 調(diào)光比，而 CTRL 輸入則提供了額外的模擬調(diào)光能力。這兩款器件均采用 16 引腳 （3mm x 3mm） QFN 封裝。

　　對(duì)于那些需要高于40V輸入電壓 （比如：48V電源軌） 的應(yīng)用，LT3756/-1將是優(yōu)選的解決方案。LT3755/-1和 LT3756/-1均采用一個(gè)外部N溝道MOSFET,并能夠從一個(gè)12V （標(biāo)稱值） 輸入來(lái)驅(qū)動(dòng)多達(dá)14個(gè)1A白光LED,從而提供了50W以上的功率。它們內(nèi)置了一個(gè)高壓側(cè)電流檢測(cè)電路，因而使其能夠在升壓、降壓、降壓-升壓或SEPIC和反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中使用。LT3755/-1和 LT3756/-1在升壓模式中能提供超過(guò) 94% 的效率，從而免除了任何增設(shè)外部散熱裝置的需要。一個(gè)頻率調(diào)節(jié)引腳允許用戶在100kHz至1MHz的范圍內(nèi)設(shè)置頻率，因而優(yōu)化了效率，并限度地縮減了外部元件的尺寸和成本。再加上所采用3mm×3mm QFN封裝或耐熱性能增強(qiáng)型MSOP-16E封裝，LT3755/-1和 LT3756/-1提供了一款非常緊湊的高功率LED驅(qū)動(dòng)器解決方案。

　　LT3755/-1和 LT3756/-1均采用了True Color PWM調(diào)光，這種調(diào)光方式提供了恒定的LED彩色和高達(dá)3000:1的調(diào)光范圍。對(duì)于不太苛刻的調(diào)光要求，可采用CTRL引腳來(lái)提供一個(gè)10:1的模擬調(diào)光范圍。其固定頻率、電流模式架構(gòu)在一個(gè)很寬的電源電壓和輸出電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的操作性能。一個(gè)參考于地電壓的FB引腳用作多個(gè)LED保護(hù)功能電路的輸入，從而使轉(zhuǎn)換器能夠起一個(gè)恒定電壓源的作用。