一、引言

　　半導體照明是照明系統中的后起之秀，它具有壽命長、環保、節省能源、光色純正、安全可靠等特點。隨著半導體理論研究進一步深入以及半導體工藝的不斷進步，人類對用LED作為未來光源的信心越來越足，LED逐漸替代白熾燈、熒光燈等電光源，成為人造光源主流產品已經為期不遠。

　　隨著大功率LED在燈光裝飾和照明中的普遍使用，功率型LED的驅動電路顯得越來越重要。沒有好的驅動器與LED相匹配，LED照明的優勢難以體現。大功率LED驅動集成電路是LED照明系統中不可或缺的關鍵器件，因此，LED能否達到節能、純色、環保等，集成電路起到至關重要作用。

　　采用“恒流驅動”方式，是比較理想的LED驅 動方式，它能避免LED正向電壓的改變而引起電流變動，同時恒定的電流使LED的亮度穩定。因此大多數功率LED均采用“恒流驅動”方式。

　　在以往的LED驅動電路中，大多采用恒壓驅動模式。但是，由于半導體制造工藝的差異，批次與批次、圓片與圓片、芯片與芯片之間難免會出現一些小小的差異，因而導致LED 的亮度不均勻，甚至造成芯片燒毀等現象。因此，應用工程師們不得不在電路設計上大傷腦筋，即使把電路設計得很復雜，也難免出現一些意想不到的事情。究其原因，是LED的正向導通電壓差異所致。因為在LED的串、并結合的聯結方式中，在同樣的電壓下，LED上的電流是不相同的，因而造成流過大電流的LED發光強，小的發光弱，導致發光強的LED首先燒毀。

　　由于LED是電流驅動器件， 如果給LED一個穩定的電流，它可以穩定發光。因此，恒流驅動電路正是在恒壓驅動束手無策的時候顯示出其獨特的性能。下面，我們將以XLT604為例詳細探討恒流驅動電路的特點，介紹該電路的設計和應用，并給出一些參考電路。

　　二、XLT604專用電路設計實例

　　1.功能介紹

　　XLT604是采用BICMOS工藝設計的PWM高效LED厘流驅動控制芯片。輸入電壓Vin從8VDC至450VDC范圍內，能為高亮LED提供恒流驅動。該芯片工作頻率由外部電阻決定，最高可達300KHz的頻率用于驅動外部MOSFET，對LED串采用恒流方式控制，以保持恒定亮度并增強LED的可靠性，其恒流值由外部取樣電阻值決定，變化范圍從幾毫安到l安培。

　　XLT6O4驅動的LEI)可通過外部控制電壓線性調節亮度，亦可通過外部低頻PWM方式調節LED串的亮度。

　　2.系統功能框圖(如圖1)

　　3.芯片內部模塊及框圖

　　XLT604芯片內部包括基準電源、RC振蕩、上電復位、線性調光、PWM調光、低電壓檢測、控制邏輯。輸出驅動等模塊?；鶞孰娫茨K產生芯片內部的基準電壓和基準電流;RC震蕩模塊產生的脈沖信號用于控制外部開關管的通斷，其頻率可通過外部電阻調節，線性調光模塊通過對給定電壓與反饋電壓的比較決定開關管的通斷;PWM調光模塊通過外部給定PWM信號的占空比調節開關管的通斷;低電壓檢測模塊通過監測電源電壓值決定芯片是否工作。(如圖2)

　　三、XLT604應用電路

　　1.典型應用圖

　　(1)AC-DC降壓應用(如圖3)

　　(2)DC-DC降壓應用(如圖4)

　　2.應用原理分析

　　(1)AC—DC應用

　　XLT604是可降壓、升壓、升降壓驅動大功率LED串的控制芯片。該芯片既適用于AC輸入，也適用于8—450VDC輸入。交流輸入時，為提高功率因素可在線路中加入無源功率因素校正電路。XLT604可驅動上百個LED串聯或數串并聯，通過調節恒流值可確保LED亮度并延長壽命。PWMD端可采用低頻脈寬調制的方法調節LED亮度，同時兼作使能端，該端懸空時芯片無輸出控制。該芯片也可通過LD端線性調壓的方式調節LED的亮度。

　　(2)LED驅動控制

　　XLT604可控制包括隔離/非隔離、連續/非連續等類型的轉換器。當GATE端輸出高電平時電感或變壓器原邊電感儲能或部分能量直接傳給LED串，當功率MOSFET關斷時，儲存在電感上的能量轉換為LED的驅動電流。

　　當VDD電壓大于UVLO時，GATE端可以輸出高電平，此時通過限制功率管的電流峰值的方式工作。外部電流采樣電阻與功率管的源極串聯，當外部采樣電阻Rs的電壓值超過設定值(內部設定值250mV，亦可通過LD外部設定)時，功率管關斷。如果希望系統軟啟動，可在LD端對地并接一個電容Cld(圖3中的Cld)，使LD端電壓按期望的速率上升，進而控制LED電流緩慢上升。

　　(3)采樣電阻值

　　對于降壓拓撲結構，CS端的峰值電壓可以代表LED的平均電流，但與平均值相比有一定的誤差。假設電感上的峰電流值Ipp是150mA，LD端設置的基準Vid為250mV，為得到500mA的LD 電流Iout，采樣電阻可采用如下的方法確定：

　　(4)調光

　　調光有兩種方式：線性調節、PWM調節。兩種方式可單獨調節也可組合調節。

　　線性調光通過調節LD端電壓從0到250mV而實現，該電壓優先于內部設定值250mV。通過調節連接GND的變阻器可改變CS端的電壓，當LD端的電壓高于250mV時將不影響輸出電流。如果希望更大的輸出電流可以選擇一個更小的采樣電阻Rs(即Rs越小，輸出電流越大)。

　　PWM調光通過一個幾百Hz的PWM信號加在PWMD端而實現。此時，LED燈亮度與PWM信號的高電平時間長度成正比，在該模式下，LED電流為O或設定值之一。通過PWM調節方式可以在O-100%范圍調光，但不能調出高于設定值的電流。PWM調光精度僅受限于GATE端輸出的最窄脈寬。

　　(5)振蕩頻率

　　芯片內部的振蕩頻率通過外接電阻Rosc調節，其頻率范圍為：25KHz一3OCKHz，振蕩頻率可通過下式計算：

　　Fcsc =22000/(Rcsc[KΩ]+22)[KHz](常數22000和22是在設計內部振蕩電路時確定的，屬于內部RC振蕩的固有參數)

　　(6)功率因素校正

　　當電源輸入功率不超過25W時，可采用一個簡單的無源功率因素校正電路，該電路由3個二極管兩個電容組成，可將電路功率因素提高至85%。PFC電路如圖5虛線所示：

　　(7)電感設計(Buck topology)

　　設輸入電壓交流有效值為220V ，Iout=350mA，Fosc= 50KHz，lO個LED的正向壓降：Vout =30V;則整流后Vtn=220*1.4l=3l0V，

　　(8)輸入濾波電容

　　輸入濾波電容值應確保整流電壓值始終大于兩倍的LED串電壓，假設電容兩端有15%的紋波電壓，一個簡單的計算方法如下：

　　四、結束語

　　本文通過分析恒壓輸出與恒流輸出LED驅動電路的特點，闡明了恒流驅動電路在LED驅動電路中的優點，討論了功率LED驅動芯片內部結構和設計思路及其應用電路設計。并以XLT604電路實現用市電驅動大功率LED，解決了降壓和恒流問題以及能量轉換問題，同時還有比較高的轉換效率，較高的功率因素，較小的體積，能確保大功率LED長時間可靠工作等為例。詳細分析了恒流驅動LED的優點，以及電路設計過程中需要注意調整的關鍵器件參數。為廣大應用工程師提供一些參考，同時，也為LED廣泛應用于路燈、臺燈等產品中提供一種驅動芯片的選擇。