基于MAX16801／16802的LED照明驱动的设计

引言

LED作为一种出现时间最晚的照明技术，其优点不仅体现在发光质量方面，在生产、制造、易用性方面都要大大超越白炽灯、荧光灯等传统光源。受到荧光灯发光原理的启发，LED生产商通过在高亮度蓝光LED管芯上加一层荧光粉，用蓝光激发荧光粉发出白光。此外，通过采用不同的荧光粉，可发出色温为4500～10000K及色温为2850～3800K的多种白光LED，白光LED的发光效率大都已超过301m／W，某些产品已超过50lm／W的水平，具备了正式大规模实用化的基础。RGB三色LED合成白光综合性能好，在高显色指数下，流明效率有可能高到2001m／w，要解决的主要技术难题是提高绿光LED的电光转换效率，目前其只有13％左右。对于LED激发荧光粉发光而言，三基色混光可以避免前者光谱分布不连续，显色性不好等缺点，同时三基色混光的人眼舒适度可大大提高，由三基色PWM调制后可以根据需要在同一光源实现多色和全彩色照明。

1 设计理念及方案

设计大功率半导体驱动，首先要从发光芯片选择及光源实现；驱动电路设计，二次光学设计；设备封装三个方面考虑。

在LED照明中，有单色LED激发荧光粉发光的成功设计案例，但考虑到这种方案出光难以实现全光谱、高显色，在本次设计中采用RGB三基色混光光源，及对红绿蓝三种单色LED芯片单独驱动，分别发光实现光源的完成。为了满足大功率输出下的照度稳定，要实现对LED温度衰减的补偿，同时也要对启动时的浪涌脉冲和电流的不稳定波动做出补偿。在二次光学设计时主要考虑三基色混光，在积分球混光和光纤耦合的对比中选择光纤耦合，将三色芯片的出光通过光纤耦合混光后输出。

2 LED光学特性及电气特性

对于超高亮LED的特性，当正向电压超过某个阈值(约2V)，即通常所说的导通电压之后，可近似认为，IF与VF成正比。当前超高亮LED的最高IF可达1A，而VF通常为2～4V。由于LED的光特性通常都描述为电流的函数，而不是电压的函数，采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外，LED的正向压降变化范围比较大(最大可达lV以上)，VF的微小变化会引起较大的IF变化，从而引起亮度的较大变化。所以，采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的可靠性、寿命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驱动。LED的光通量与温度成反比，85℃时的光通量是25℃时的一半，而-40℃时的光输出是25℃时的1．8倍。温度的变化对LED的波长也有一定的影响，因此，良好的散热是LED保持恒定亮度的保证。

3 混光方案

三基色加性混光是指光的三原色混合可以得到白色光源和灰度光。对于LED，根据国际照明委员会CIE发布的色度图知道，光的色彩与三基色R、G、B的比例有关，并且有r(λ)+g(λ)+b(λ)=1。LED取RGB合成白光这种办法的主要问题是绿光的转换效率低，现在红绿蓝LED转换效率分别达到30％、10％和25％，由于合成白光所要求的色温和显色指数不同，对合成白光的各色LED流明效率也有不同。当对三个发光芯片提供不同比例的脉宽电流时，可以输出不同灰度的照明光源，如果对于混光比例实现多级的灰度计算，即可接近全彩色调光。为了提高混光效率，常用的方案有积分球混光、混光棒混光。为了减小器件封装体积，本方案运用光纤耦合混光，即使三芯片发出的光经过凸透镜注入位于焦点处的光纤，并在光纤中进行混光，混光通过光纤出送至凹透镜输出。

4 驱动电路设计

整个电路分三部分：a．开关电源，实现市电向低压恒流LED适应电流的转换；b．PWM调制电路，实现对LED出光效率的控制；c．控制电路，实现对开关电源和PWM的连接和控制，实现混光后对出光灰度的控制。

4．1 基于MAXl6801／16802的AC／DC开关电源

高亮度(HB)LED驱动器控制集成芯片MAXl680l／16802基本满足了实际LED驱动器关键电路的要求，可用于高亮度照明和显示应用，可进行85～265V的AC整流电压输入，需要精度调节LED电流时，可利用片上的误差放大器以及精度为1％的基准。通过片内PWM亮度调节也可以实现较宽的亮度调节范围。

MAXl6801／16802内部功能如图1所示。

单个LED芯片的驱动电路如图2所示。