让LED更高效的驱动设计

　　1 引言

　　LED的市场越来越广阔，究其原因，无外乎低廉的生产成本、高可靠性、极佳的效率以及瞬态响应能力，无论是手持终端设备，还是车载乃至建筑照明，无不在用到LED。白炽灯在现在的生活中虽然还是应用的主力，白炽灯泡可以发出各种各样的光线，但是在具体的应用中我们通常只需要绿色、红色以及黄色光线--例如交通信号灯。若要使用白炽灯泡，则需使用一个滤波器，这会浪费一些光能，而LED则可以直接产生所需颜色的光线，并且在上电时，LED几乎是瞬间发光，而白炽灯则需要200mS的响应时间。因此，LED比白炽灯更能使用这个时代的用电需求。

　　2 LEDI-V特性

　　图1显示了典型InGaAlPLED的正向电压特征。您也可以把LED作为电压源与电阻串联建模，并查看模型与实际测量之间的密切关联性。电压源拥有一个负的温度系数，当结温上升时，电压源的正向电压会发生负的变化。InGaAlPLED(黄色和琥珀红)的系数在-3.0mV/K到-5.2mV/K之间，而InGaNLED(蓝色、绿色以及白色)的系数则在-3.6mV/K和-5.2mV/K之间。这就是为什么不能直接对LED进行并联的一个原因。产生热量最多的器件往往需要更大的电流，更大的电流会产生更多的热量，进而引起散热失控。

图1 LED作为电阻与电压源串联建模

　　图2显示了作为工作电流函数的相对光输出(光通量)。很明显，光输出与二极管电流是密切相关的，因此可以通过改变正向电流进行调光。并且，在电流较小时，曲线几乎是一条直线，但是在电流增大时，其斜率变小了。这就是说，在电流较低的时候，若将二极管电流增大一倍，则光输出也会增加一倍;但是电流较高的时候，情况就截然不同了：电流上升100%仅能使光输出量增加80%。这一点很重要，因为LED是由开关电源驱动的，这会导致在LED中产生相当大的纹波电流。实际上，电源的成本在某种程度上是由所允许的电流大小决定的，纹波电流越大，电源成本就越低，但光输出会因此受到影响。

图2 电流超过1A以上，LED效率就会降低

　　图3量化显示了叠加于DC输出电流之上的三角纹波电流所引起的光输出的减少。在绝大多数情况下，该纹波电流的频率高于肉眼可以看到的80Hz。并且，肉眼对光线的响应是指数式的，不能察觉出小于20%的光线减弱。因此，即使LED中出现相当大的纹波电流，我们也不会察觉出光输出的减少。

图3 纹波电流对LED光输出的轻微影响

　　此外，纹波电流还通过提高功耗而影响LED性能，这可能导致结温升高，而且对LED的使用寿命有重大影响。图4给出了一个例子，其中LED的相对光输出是时间和结温的函数。如果我们确立了LED的使用寿命光输出为额定的80%，则LED的使用寿命将从74摄氏度时的10000小时延长到63摄氏度时的25000小时。