【導讀】如果你認為線(xiàn)性功率IC功耗太大，不好用，技術(shù)落后，那么你就錯了！本文將幾款I(lǐng)C與高速轉換型DC-DC類(lèi)型IC進(jìn)行對比分析，講解線(xiàn)性功率器件IC設計的一些注意要點(diǎn)，并盤(pán)點(diǎn)了幾款線(xiàn)性恒流IC以方便大家選型。
線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)IC您了解多少?提起線(xiàn)性功率IC，大家都認為功耗太大，不好用，比較落后的技術(shù)了。鄭重的回答你，你錯了！
三端穩壓器78**系列廣泛的應用，沒(méi)有哪一款開(kāi)關(guān)型DC-DC型號的IC用量有可能超過(guò)它，這是為什么?大家可能說(shuō)是：價(jià)格低、穩定可靠、技術(shù)成熟；那DC-DC呢?效率高。你只說(shuō)對了一半，線(xiàn)性功率IC不但有前面幾項優(yōu)點(diǎn)，更一樣效率高也可以做到體積小巧。
臺灣有家公司叫點(diǎn)晶科技，成立20多年以來(lái)，先后推出LED驅動(dòng)應用IC上百款，基本全都是線(xiàn)性恒流驅動(dòng)。你想知道這是為什么嗎？
接下來(lái)我們對幾款I(lǐng)C進(jìn)行對比分析，線(xiàn)性功率器件IC設計要注意哪些要點(diǎn)，是怎樣勝過(guò)高速轉換型DC-DC類(lèi)型IC的！
一、線(xiàn)路比較
上圖是兩種驅動(dòng)方式的線(xiàn)路圖，現在比較下兩種方式的工作過(guò)程。
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1、當電壓合適時(shí)：
電壓合適是指供電電壓幅值與LEDVf值加上線(xiàn)路的工作電壓基本符合。
圖1電流經(jīng)過(guò)電感→LED→MOSFET→R；放電回路是，電感→LED→D1；圖2電流流經(jīng)LED→MOSFET→恒流源。
功耗及提高轉換效率主要是看線(xiàn)路中的內阻大小，從線(xiàn)路上來(lái)看圖1會(huì )大于圖2，圖2的方式MOS管和恒流源整個(gè)壓差可以做到200mV，圖1電阻反饋電壓都有可能會(huì )超過(guò)這個(gè)電壓。單就MOS管來(lái)說(shuō)，都是在做開(kāi)關(guān)使用，需要的壓差及相關(guān)條件是相同的，功耗相等。
2、當電壓超過(guò)線(xiàn)路需要的幅值時(shí)：
當線(xiàn)路電壓超過(guò)線(xiàn)路需要的幅值時(shí)，圖1的設計優(yōu)點(diǎn)會(huì )顯現出來(lái)，也是線(xiàn)路設計初衷。線(xiàn)路根據反饋電壓比較高速開(kāi)關(guān)MOS管，關(guān)閉時(shí)電感放電回路會(huì )維持LED電流；圖2超過(guò)的電壓會(huì )加到MOSFET上面，功耗會(huì )增加大于圖1線(xiàn)路。
3、EMI，干擾問(wèn)題
圖1需要高速開(kāi)關(guān)恒流驅動(dòng)，開(kāi)關(guān)頻率會(huì )影響其它線(xiàn)路工作，PCB布線(xiàn)要注意相互干擾問(wèn)題，在選取驅動(dòng)線(xiàn)路時(shí)避免與產(chǎn)品上面的線(xiàn)路工作在一個(gè)頻率點(diǎn)上。圖2線(xiàn)路不會(huì )有這個(gè)問(wèn)題。
4、灰度問(wèn)題
圖1線(xiàn)路PWM是與反饋電壓信號疊加出來(lái)的，在關(guān)閉MOS管時(shí)，電感還會(huì )有電流流過(guò)，會(huì )影響到灰度的表現，設計時(shí)只能PWM時(shí)間遠遠小于L1放電時(shí)間。要提高灰度表現，就需要減小電感量，從而減小放電時(shí)間提高線(xiàn)路的開(kāi)關(guān)頻率，這樣會(huì )增加線(xiàn)路干擾的程度，恒流精度也會(huì )降低。
圖2線(xiàn)路開(kāi)關(guān)方式驅動(dòng)LED可以直接表現灰度，可以做到16位灰度65536級灰度。目前高灰階LED屏幕都不會(huì )選用圖1線(xiàn)路設計。
二、線(xiàn)路功耗問(wèn)題所在
從上面的分析可以看出，線(xiàn)性驅動(dòng)有很多優(yōu)勢，只是在電壓高于實(shí)際應用電壓時(shí)功耗會(huì )增大，在眾多的應用領(lǐng)域線(xiàn)性驅動(dòng)是不可取代的。
主要問(wèn)題不是線(xiàn)路本身，而是供電方式造成的。一般我們設計產(chǎn)品因其成本問(wèn)題不會(huì )新開(kāi)發(fā)開(kāi)關(guān)電源，選取現有電源基本沒(méi)有合適的，開(kāi)關(guān)電源受標稱(chēng)值所限，有5V、12V、15V、24V、36V等等，標稱(chēng)值是長(cháng)期以來(lái)市場(chǎng)形成的，電源做成什么電壓范圍都可以，只是開(kāi)關(guān)電源廠(chǎng)家目前還沒(méi)有眼光看到這個(gè)市場(chǎng)。
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因其LEDVf值不同，生產(chǎn)出雙組電壓輸出比較合適，例如：3。3V與5V、5V與8V、7V與12V、9V與14V、12V與18V、14V與24V等電壓組合，電流目前還是1W的效率最高，多顆組合是今后的方向，R、G、B單路500mA比較合適。
有這樣的電源使用線(xiàn)性IC驅動(dòng)你覺(jué)得還有問(wèn)題嗎。
線(xiàn)性IC設計要點(diǎn)：
在實(shí)際產(chǎn)品設計時(shí)，往往供電電壓總不會(huì )符合我們的要求，LED正向電壓Vf值每個(gè)公司也不一樣，串聯(lián)的LED個(gè)數會(huì )隨工程需要隨意變化，產(chǎn)品量產(chǎn)數量不大開(kāi)關(guān)電源也不方便更換，可以使用以下設計線(xiàn)路來(lái)解決此問(wèn)題。
如下圖：
參考設計可以應用到我們線(xiàn)路設計當中，也可以應用到LED高串接IC設計中。目前市場(chǎng)上的LED恒流IC多適應能力不強，LED串接個(gè)數的改變同時(shí)也要修改參考檢測電阻阻值，這樣對產(chǎn)品量產(chǎn)不方便。
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推薦幾款線(xiàn)性恒流IC方便大家選型：
大功率LED線(xiàn)性驅動(dòng)推薦之一：DD311
你需要優(yōu)異的LED灰度表現能力，那就請你必須選擇線(xiàn)性IC驅動(dòng)；你是設計低壓小功率LED線(xiàn)路，請你最好選擇線(xiàn)性IC驅動(dòng)；在可以提供合適驅動(dòng)電壓的場(chǎng)合，強烈建議你使用線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)IC。
DD311是有客戶(hù)抱怨發(fā)熱量較大，我想看了上面的解釋可以明白發(fā)熱原因所在，從近幾年的市場(chǎng)推廣來(lái)看接受的廠(chǎng)家還是越來(lái)越多，也有較好的市場(chǎng)口碑。如果您是一位IC設計者，會(huì )知道設計好恒流源也是不容易的，有不少企業(yè)在設計、制成工藝方面在不懈努力。其中臺灣聚積、點(diǎn)晶兩家公司占大陸LED領(lǐng)域90%的線(xiàn)性恒流驅動(dòng)IC市場(chǎng)，每年有2億多人民幣銷(xiāo)售額。
DD311是一單通道輸出的LED恒流驅動(dòng)器，內建電流鏡與電流開(kāi)關(guān)組件，是專(zhuān)為驅動(dòng)大功率LED而設計的芯片。DD311可驅動(dòng)高達1安培的沈入電流(sinkcurrent)，并可透過(guò)調整參考輸入電流(IREF)來(lái)任意設定輸出電流的大小。輸出電流值約為100倍的IREF，IREF可由調整外掛電阻或偏壓(bias)電壓來(lái)設定。微調或使能偏壓電壓可校正LED間的亮度不一或實(shí)現多顆LED間整體亮度同時(shí)調整。
這樣的設計理念，1：100的電流關(guān)系，如果您的前級提供的是一個(gè)電流信號，這顆IC將會(huì )很好的利用。
芯片的輸出端可承受高達36V的電壓，支持10多顆大功率LED的串接應用。內建輸出使能端(Enable)，可PWM控制輕易地實(shí)現大功率LED的256級高灰階應用，接受1MHz刷新速度。
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大功率LED線(xiàn)性驅動(dòng)推薦之二：DD312
你需要優(yōu)異的LED灰度表現能力，那就請你必須選擇線(xiàn)性IC驅動(dòng)；你是設計低壓小功率LED線(xiàn)路，請你最好選擇線(xiàn)性IC驅動(dòng)；在可以提供合適驅動(dòng)電壓的場(chǎng)合，強烈建議你使用線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)IC。
DD312是專(zhuān)為大功率LED應用所設計的恒流驅動(dòng)器。芯片內含恒流產(chǎn)生電路，可透過(guò)外掛電阻來(lái)設定輸出恒流值。透過(guò)芯片的使能端可以控制輸出通道的開(kāi)關(guān)時(shí)間，切換頻率最高達一兆赫(1MHz)。電流輸出反應極快，支持高色階變化及高畫(huà)面刷新率的應用。內建開(kāi)路偵測，過(guò)熱斷電，及過(guò)電流保護功能，使應用系統的可靠性大為提升。
開(kāi)路偵測，過(guò)熱斷電，及過(guò)電流保護功能，選擇SO8的封裝在下圖的設計參考設計中才可以實(shí)現。
需注意芯片的散熱功率受到封裝與環(huán)境溫度的限制，故在設定最大輸出電流值時(shí)需考慮到實(shí)際操作條件。最大可散熱功率可由以下式子來(lái)做計算：
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最大散熱功率Pd(W)=[最大接面溫度Tj(°C)–環(huán)境溫度Ta(°C)]/[熱阻值(°C/Watt)]；散熱功率(PowerDissipation=Pd(W))與操作環(huán)境溫度(AmbientTemperature=Ta(°C))的關(guān)系可以參考下圖：
由最大散熱功率(Pd)可推導出最大可允許操作電壓Vout，請參考下式：
Vout(max)(Volt)=[Pd(max)(Watt)–VDD(Volt)×IDD(A)]/[Iout(A)×DimmingDuty]
大功率LED線(xiàn)性驅動(dòng)推薦之三：德國英飛凌系列
你需要優(yōu)異的LED灰度表現能力，那就請你必須選擇線(xiàn)性IC驅動(dòng)；你是設計低壓小功率LED線(xiàn)路，請你最好選擇線(xiàn)性IC驅動(dòng)；在可以提供合適驅動(dòng)電壓的場(chǎng)合，強烈建議你使用線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)IC。
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英飛凌在您設計小功率恒流方案時(shí)會(huì )覺(jué)得非常合適，比如您是單片機控制時(shí)。您的前級信號是PWM而不需要太大電流時(shí)；在設計小電流固定顏色燈帶產(chǎn)品時(shí)都非常合適。100mA低壓驅動(dòng)雖可以三極管完成，但是放大倍數的原因無(wú)法解決電流精度問(wèn)題，不能滿(mǎn)足產(chǎn)品灰度一致性。
下圖是在NPN三極管時(shí)可以將IC適當放到LED中間，解決前級不同有效電平驅動(dòng)的需要，也等于抬高的IC承受電壓。
下圖是在設計交流較大功率設計時(shí)的參考設計線(xiàn)路：
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大功率LED線(xiàn)性驅動(dòng)推薦之四：美信MAX16800
40V、350mA,可調節的線(xiàn)性高亮度LED驅動(dòng)器
MAX16800的輸出電流通過(guò)與LED串聯(lián)的外部檢流電阻設置，使能(EN)引腳允許連接一個(gè)寬范圍的PWM亮度調節信號。MAX16800非常適合要求高壓輸入的汽車(chē)應用，能夠承受高達40V的甩負載。
±3.5%輸出電流精度，內置調整管,低壓差(<1.2V)，+5V穩壓輸出，可以源出4mA電流，差分LED電流檢測，關(guān)斷時(shí)具有極低的電源電流(12μA,典型)，低至204mV的電流檢測基準有助于降低功耗，工作電壓可低至+5V，整形電路用于平滑波形邊沿，降低PWM亮度調節的EMI輻射。
大功率LED線(xiàn)性驅動(dòng)推薦之五：點(diǎn)晶科技DD331
新款大功率線(xiàn)性恒流驅動(dòng)IC，為了解決實(shí)際應用中大電流的需要，MOS管選擇了外置.四路恒流輸出，可以混合白光使單光源照度更高，或在需要綠光2路才可以達到要求的設計場(chǎng)合，當然也可以閑置一路不用，MOS管外置可以按設計需要選擇合適的電流和散熱條件，IC本身沒(méi)什么熱量，價(jià)格也相對較低。
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