如何为提高照明的调光性能选择合适的DC/DC LED驱动器

设计最佳的DC/DC LED驱动器可以提高室内和室外照明应用的调光性能，显色性和一致性，解决与色彩和亮度控制相关的一些挑战。

大多数LED驱动器供应商都认为，一旦选择LED，LED照明设计师需要知道的四个关键规格 - 输入电压范围，LED串的输出电压，电流和调光选项 - 以缩小列表范围应用的最佳LED驱动器。

需要关注的其他领域包括调光性能，显色指数（CRI）和效率。例如，对于零售照明，颜色亮度和呈现真实颜色可能更重要;在使用多个相同灯具的高端应用中，色彩一致性通常是首要任务。

同时，照明设计师必须牢记几个潜在的设计限制 - 成本，尺寸，和热问题 - 取决于他们的应用。例如，在高性能，高端应用中，成本限制可能不是问题。因此，在为工作确定合适的LED驱动器时，请记住最终应用。

此外，照明设计师对电力系统的了解将在选择中发挥作用。许多LED供应商提供的驱动器产品组合从简单易用（相对而言）到更复杂的设备，其中包含功能专家可以使用的特性和功能。它们还提供了大量的设计工具和计算器供驾驶员选择。

那么你从哪里开始呢？一旦系统规格已知，包括系统所需的每瓦特流明和每瓦LED的流明，设计人员需要知道输入电压范围，输出电压（LED串的最小/最大值），LED串电流，以及如何调暗它; PWM或比率。

德州仪器照明电源产品营销经理John Perry分享了他在提出驱动解决方案之前最初要求照明设计师提出的一些关键问题：

LED驱动电路的输入电源电压范围是多少？示例：48 VDC，60 VDC，120 VAC

什么是LED负载配置和特性（串联，并联，串并联）？什么是最小/最大LED串电压？什么是所需的最大LED驱动电流？）

是否需要调光？如果是这样，通过什么方式：模拟，PWM，组合，其他？

什么（如果有的话）是故障检测，保护和报告要求？

目标是将客户的需求与最佳的驱动解决方案相匹配。其他考虑因素包括围绕成本，尺寸，热量和效率的设计限制。就尺寸而言，设计人员可以看到的一件事是具有集成MOSFET的LED驱动器，如果他们正在处理低功耗系统。这也可以节省成本。

“当您集成MOSFET时，功率最大值。只要您的规格不超过功率限制，您就会非常好，“英飞凌科技北美区照明区域部门营销经理Brandon Cartwright说。 “然而，你无法控制的一件事就是MOSFET内部是什么。外部MOSFET具有更大的灵活性，因此您可以扩展它以获得更高的功率，并且通常可以获得更高的效率。“

只要有可能，凌力尔特公司建议使用功率器件内部的单片器件。凌力尔特公司的LED驱动产品设计经理Bryan Legates表示，这通常意味着照明设计师需要选择两个较少的组件。

“如果你曾试图寻找功率MOSFET，那就太过分了，所以如果功率水平足够低我们总是建议他们首先尝试使用单片设备进行设计。但是在50,60或100瓦，甚至高达200或300瓦的更高功率水平下，您最终不得不选择外部FET，因为您无法在同一IC上执行此类功率。你必须把热量散开，“Legates补充道。”

另一种降低成本的方法有时需要对设计进行简单的改变，Legates表示。 “如果他们愿意进行简单的改变，例如通过一个LED减少设计，添加LED或改变电流，他们实际上可以获得更具成本效益的解决方案。”

他解释说：“保持考虑到许多客户希望为LED输出做24伏输入和24伏电压。如果您希望输入和输出相同，则可以保证您将使用最昂贵的DC-DC转换器。一旦他们开始沿着这条路走下去，我们就会问他们是否愿意对LED灯串进行一些小的改动，而且很多时候都会这样做，这样就可以节省一两美元的所有元件。“

大多数LED - 司机制造商正试图让照明设计师更容易，他们经常要处理整个系统的盒子设计。 Legates表示，从历史上看，照明一直专注于机械方面 - 视觉和建筑方面的光线如何。 “他们实际上只是插入一个灯泡，现在他们被要求了解DC-DC转换器，EMI和PCB板，所有这些他们从未处理过的事情。因此，对于他们中的许多人来说，这非常符合他们的要素，因此这就是服务和专业知识的用武之地。“

易于设计的设备的一个例子是英飞凌的ILD6070 DC/DC LED驱动器灵活的调光选项。数据表提供了一个表格指南，用于选择与器件配合使用的正确电感和电阻。此外，它具有很高的可扩展性，可以处理一到十八个串联的LED。它还具有98％的超高效率，并且由于其更高的频率操作而成为小尺寸解决方案，因此可以使用更小的电感器。它还具有+/- 3％的高输出电流精度和高达3000：1的对比度。

ILD6070的另一个关键特性是其先进的热控制。 Cartwright说，它通过一个电阻器可以很容易地设置过热保护。热控制可以减少光输出，而不是关闭整个系统，因此它可以在保持灯光的同时保护系统。当然，如果它继续变热，它将根据电阻器编程的温度曲线关闭。

许多供应商使用片内热控制，但他们正在进行简单的关机，Cartwright说。 “如果它变得太热，它会关闭。”

一些芯片可以减少光线，但他们必须使用外部热敏电阻或NTC来实现，他补充道。相比之下，ILD6070具有内部NTC，因此不会增加外部成本，并且可以使解决方案尺寸变小。

ILD6070的姊妹设备是ILD6150开关模式DC/DC LED驱动器。除输出电流外，ILD6150和ILD6070基本相同。 Cartwright表示，6150最大输出为1.5安培，6070最大输出为700 mA，因此价格会便宜一些。评估板可用于ILD6150（EVALLED-ILD6150，图1）和ILD6070（EVALLED-ILD6070）。

图1：演示板英飞凌的60 V LED驱动器ILD6150可用于评估。 ILD6150具有+/- 3％的高输出电流精度，可提高色彩一致性。 （由英飞凌提供）

调光和色彩控制

随着LED比传统荧光灯和HID解决方案更高标准，调光性能变得越来越重要，并且是大多数照明设计师关注的问题，英飞凌的Cartwright表示。

“我们还对色彩控制提出了很多要求，这意味着可调光，有时还有3或4通道控制。这里的微控制器与驱动器的精度一起发挥很大作用，因为光与通过LED的电流直接相关。因此对电流的严格监管非常重要，“Cartwright说。”对于色彩控制或准确性，如果人们正在混合冷却和温暖的LED，例如，为了给用户提供可调节的色温，驱动器输出的性能非常关键。为了获得每种颜色的精确流明输出，您通常使用微控制器（MCU），MCU也可以进行直流到直流电源转换以及所需的任何通信，“他说。” >

例如，英飞凌的XMC1200评估套件专为LED照明而开发。该公司的即插即用DAVE工具是一个免费的代码生成开发平台，它将完成设计所需的所有计算。英飞凌推荐这款基于ARM的MCU用于大多数需要混色的低成本入门级照明应用。

对于高端应用，Linear的LT3744降压LED驱动器（其前身是LT3743）提供0到100％的调光和三种开启状态，以及关闭状态，以实现更好的色彩混合，从而获得真实的色彩（图2）。 Linear的Legates表示，最大的优势在于需要真正色彩表现的高端应用，但他指出它需要大量校准。

图2：凌力尔特公司的LT3744降压型LED驱动器为混色应用提供4态控制。它还可在不到2微秒的时间内在两个稳定的LED电流之间实现快速转换，从而在RGB应用中实现更准确的色彩混合。 （由Linear Technology提供）

其他主要功能包括高达3000：1 PWM调光，20：1模拟调光，电压和电流调节精度为+/- 3％，以及3.3 V至36 V输入电压范围。 LT3744可以驱动多达40个LED。

“如果你做错误的PWM调光，它会在你从0调到100％时改变LED的颜色，”Legates说。 “LED变暗的方式会影响LED的颜色和LED的光线质量。使用LED驱动器，我们总是考虑感知和可见光。他们不想看到闪烁。如果你连续打了十几个，你会希望它们看起来都一样。其中一个挑战是使所有内容都可重复，并且在光线颜色和亮度方面都保持一致。“

德州仪器采用与TPS92512 LED驱动器不同的调光方法（图3）。它具有两个独立的控制引脚，用于调光（PWM和模拟）。 “当你有独立控制时，你有很大的灵活性，就总对比度和光输出而言，你可以从最大亮度几乎降到零。两者之间的步数更大，“TI的佩里说。

图3：德州仪器（TI）的TPS92512 LED驱动器集成了MOSFET，提供两路输入 - 模拟和PWM调光 - 实现完全调光灵活性。模拟调整可用于校准和/或热折返保护。 （由德州仪器公司提供）

“如果平均一个性能良好的降压LED驱动器可以通过PWM实现500：1的调光比，并且模拟调光可以达到10：1到20：1，它就变成了乘数与使用这两个控件的选项。因此，如果您有500：1和10：1，如果您能够使用它们，则可以达到5000：1的对比度，“Perry解释道。

除了PWM和模拟调光之外，TPS92512的主要规格包括高达95％的转换效率，在所有工作温度下最大输出电流精度为+/- 5％，以及集成的200毫欧高侧MOSFET。输入电压范围为4.5至42伏，开关频率范围为100 kHz至2 MHz。也可以使用TPS92512的评估板。