【導(dǎo)讀】如果你認(rèn)為線性功率IC功耗太大，不好用，技術(shù)落后，那么你就錯(cuò)了！本文將幾款I(lǐng)C與高速轉(zhuǎn)換型DC-DC類型IC進(jìn)行對(duì)比分析，講解線性功率器件IC設(shè)計(jì)的一些注意要點(diǎn)，并盤(pán)點(diǎn)了幾款線性恒流IC以方便大家選型。
線性LED驅(qū)動(dòng)IC您了解多少?提起線性功率IC，大家都認(rèn)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(cuò)了！
三端穩(wěn)壓器78**系列廣泛的應(yīng)用，沒(méi)有哪一款開(kāi)關(guān)型DC-DC型號(hào)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(wěn)定可靠、技術(shù)成熟；那DC-DC呢?效率高。你只說(shuō)對(duì)了一半，線性功率IC不但有前面幾項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，更一樣效率高也可以做到體積小巧。
臺(tái)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(qū)動(dòng)應(yīng)用IC上百款，基本全都是線性恒流驅(qū)動(dòng)。你想知道這是為什么嗎？
接下來(lái)我們對(duì)幾款I(lǐng)C進(jìn)行對(duì)比分析，線性功率器件IC設(shè)計(jì)要注意哪些要點(diǎn)，是怎樣勝過(guò)高速轉(zhuǎn)換型DC-DC類型IC的！
一、線路比較
上圖是兩種驅(qū)動(dòng)方式的線路圖，現(xiàn)在比較下兩種方式的工作過(guò)程。
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1、當(dāng)電壓合適時(shí)：
電壓合適是指供電電壓幅值與LEDVf值加上線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(zhuǎn)換效率主要是看線路中的內(nèi)阻大小，從線路上來(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(dāng)電壓超過(guò)線路需要的幅值時(shí)：
當(dāng)線路電壓超過(guò)線路需要的幅值時(shí)，圖1的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)，也是線路設(shè)計(jì)初衷。線路根據(jù)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線路。
3、EMI，干擾問(wèn)題
圖1需要高速開(kāi)關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)，開(kāi)關(guān)頻率會(huì)影響其它線路工作，PCB布線要注意相互干擾問(wèn)題，在選取驅(qū)動(dòng)線路時(shí)避免與產(chǎn)品上面的線路工作在一個(gè)頻率點(diǎn)上。圖2線路不會(huì)有這個(gè)問(wèn)題。
4、灰度問(wèn)題
圖1線路PWM是與反饋電壓信號(hào)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(xiàn)，設(shè)計(jì)時(shí)只能PWM時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于L1放電時(shí)間。要提高灰度表現(xiàn)，就需要減小電感量，從而減小放電時(shí)間提高線路的開(kāi)關(guān)頻率，這樣會(huì)增加線路干擾的程度，恒流精度也會(huì)降低。
圖2線路開(kāi)關(guān)方式驅(qū)動(dòng)LED可以直接表現(xiàn)灰度，可以做到16位灰度65536級(jí)灰度。目前高灰階LED屏幕都不會(huì)選用圖1線路設(shè)計(jì)。
二、線路功耗問(wèn)題所在
從上面的分析可以看出，線性驅(qū)動(dòng)有很多優(yōu)勢(shì)，只是在電壓高于實(shí)際應(yīng)用電壓時(shí)功耗會(huì)增大，在眾多的應(yīng)用領(lǐng)域線性驅(qū)動(dòng)是不可取代的。
主要問(wèn)題不是線路本身，而是供電方式造成的。一般我們?cè)O(shè)計(jì)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(xiàn)有電源基本沒(méi)有合適的，開(kāi)關(guān)電源受標(biāo)稱值所限，有5V、12V、15V、24V、36V等等，標(biāo)稱值是長(zhǎng)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性IC驅(qū)動(dòng)你覺(jué)得還有問(wèn)題嗎。
線性IC設(shè)計(jì)要點(diǎn)：
在實(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shù)會(huì)隨工程需要隨意變化，產(chǎn)品量產(chǎn)數(shù)量不大開(kāi)關(guān)電源也不方便更換，可以使用以下設(shè)計(jì)線路來(lái)解決此問(wèn)題。
如下圖：
參考設(shè)計(jì)可以應(yīng)用到我們線路設(shè)計(jì)當(dāng)中，也可以應(yīng)用到LED高串接IC設(shè)計(jì)中。目前市場(chǎng)上的LED恒流IC多適應(yīng)能力不強(qiáng)，LED串接個(gè)數(shù)的改變同時(shí)也要修改參考檢測(cè)電阻阻值，這樣對(duì)產(chǎn)品量產(chǎn)不方便。
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推薦幾款線性恒流IC方便大家選型：
大功率LED線性驅(qū)動(dòng)推薦之一：DD311
你需要優(yōu)異的LED灰度表現(xiàn)能力，那就請(qǐng)你必須選擇線性IC驅(qū)動(dòng)；你是設(shè)計(jì)低壓小功率LED線路，請(qǐng)你最好選擇線性IC驅(qū)動(dòng)；在可以提供合適驅(qū)動(dòng)電壓的場(chǎng)合，強(qiáng)烈建議你使用線性LED驅(qū)動(dòng)IC。
DD311是有客戶抱怨發(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(shè)計(jì)者，會(huì)知道設(shè)計(jì)好恒流源也是不容易的，有不少企業(yè)在設(shè)計(jì)、制成工藝方面在不懈努力。其中臺(tái)灣聚積、點(diǎn)晶兩家公司占大陸LED領(lǐng)域90%的線性恒流驅(qū)動(dòng)IC市場(chǎng)，每年有2億多人民幣銷售額。
DD311是一單通道輸出的LED恒流驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)建電流鏡與電流開(kāi)關(guān)組件，是專為驅(qū)動(dòng)大功率LED而設(shè)計(jì)的芯片。DD311可驅(qū)動(dòng)高達(dá)1安培的沈入電流(sinkcurrent)，并可透過(guò)調(diào)整參考輸入電流(IREF)來(lái)任意設(shè)定輸出電流的大小。輸出電流值約為100倍的IREF，IREF可由調(diào)整外掛電阻或偏壓(bias)電壓來(lái)設(shè)定。微調(diào)或使能偏壓電壓可校正LED間的亮度不一或?qū)崿F(xiàn)多顆LED間整體亮度同時(shí)調(diào)整。
這樣的設(shè)計(jì)理念，1：100的電流關(guān)系，如果您的前級(jí)提供的是一個(gè)電流信號(hào)，這顆IC將會(huì)很好的利用。
芯片的輸出端可承受高達(dá)36V的電壓，支持10多顆大功率LED的串接應(yīng)用。內(nèi)建輸出使能端(Enable)，可PWM控制輕易地實(shí)現(xiàn)大功率LED的256級(jí)高灰階應(yīng)用，接受1MHz刷新速度。
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大功率LED線性驅(qū)動(dòng)推薦之二：DD312
你需要優(yōu)異的LED灰度表現(xiàn)能力，那就請(qǐng)你必須選擇線性IC驅(qū)動(dòng)；你是設(shè)計(jì)低壓小功率LED線路，請(qǐng)你最好選擇線性IC驅(qū)動(dòng)；在可以提供合適驅(qū)動(dòng)電壓的場(chǎng)合，強(qiáng)烈建議你使用線性LED驅(qū)動(dòng)IC。
DD312是專為大功率LED應(yīng)用所設(shè)計(jì)的恒流驅(qū)動(dòng)器。芯片內(nèi)含恒流產(chǎn)生電路，可透過(guò)外掛電阻來(lái)設(shè)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(dá)一兆赫(1MHz)。電流輸出反應(yīng)極快，支持高色階變化及高畫(huà)面刷新率的應(yīng)用。內(nèi)建開(kāi)路偵測(cè)，過(guò)熱斷電，及過(guò)電流保護(hù)功能，使應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性大為提升。
開(kāi)路偵測(cè)，過(guò)熱斷電，及過(guò)電流保護(hù)功能，選擇SO8的封裝在下圖的設(shè)計(jì)參考設(shè)計(jì)中才可以實(shí)現(xiàn)。
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(shè)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(jì)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(dǎo)出最大可允許操作電壓Vout，請(qǐng)參考下式：
Vout(max)(Volt)=[Pd(max)(Watt)–VDD(Volt)×IDD(A)]/[Iout(A)×DimmingDuty]
大功率LED線性驅(qū)動(dòng)推薦之三：德國(guó)英飛凌系列
你需要優(yōu)異的LED灰度表現(xiàn)能力，那就請(qǐng)你必須選擇線性IC驅(qū)動(dòng)；你是設(shè)計(jì)低壓小功率LED線路，請(qǐng)你最好選擇線性IC驅(qū)動(dòng)；在可以提供合適驅(qū)動(dòng)電壓的場(chǎng)合，強(qiáng)烈建議你使用線性LED驅(qū)動(dòng)IC。
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英飛凌在您設(shè)計(jì)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(jī)控制時(shí)。您的前級(jí)信號(hào)是PWM而不需要太大電流時(shí)；在設(shè)計(jì)小電流固定顏色燈帶產(chǎn)品時(shí)都非常合適。100mA低壓驅(qū)動(dòng)雖可以三極管完成，但是放大倍數(shù)的原因無(wú)法解決電流精度問(wèn)題，不能滿足產(chǎn)品灰度一致性。
下圖是在NPN三極管時(shí)可以將IC適當(dāng)放到LED中間，解決前級(jí)不同有效電平驅(qū)動(dòng)的需要，也等于抬高的IC承受電壓。
下圖是在設(shè)計(jì)交流較大功率設(shè)計(jì)時(shí)的參考設(shè)計(jì)線路：
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大功率LED線性驅(qū)動(dòng)推薦之四：美信MAX16800
40V、350mA,可調(diào)節(jié)的線性高亮度LED驅(qū)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(shè)置，使能(EN)引腳允許連接一個(gè)寬范圍的PWM亮度調(diào)節(jié)信號(hào)。MAX16800非常適合要求高壓輸入的汽車應(yīng)用，能夠承受高達(dá)40V的甩負(fù)載。
±3.5%輸出電流精度，內(nèi)置調(diào)整管,低壓差(<1.2V)，+5V穩(wěn)壓輸出，可以源出4mA電流，差分LED電流檢測(cè)，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(cè)基準(zhǔn)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(diào)節(jié)的EMI輻射。
大功率LED線性驅(qū)動(dòng)推薦之五：點(diǎn)晶科技DD331
新款大功率線性恒流驅(qū)動(dòng)IC，為了解決實(shí)際應(yīng)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(dá)到要求的設(shè)計(jì)場(chǎng)合，當(dāng)然也可以閑置一路不用，MOS管外置可以按設(shè)計(jì)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(duì)較低。
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