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无线电电子与电气工程百科全书 高亮度 LED 驱动器微电路。 无线电电子电气工程百科全书
点亮 LED 并不困难，为此只需通过限流电阻将其直接连接到电源即可。 但这种方法极其不经济，因为限流电阻上会产生很大的压降，从而造成很大的损耗。 此外，含有这种夹杂物的LED的电流及其发光亮度将极其不稳定。 为了提高 LED 发光的效率和稳定性，使用了专用微电路上的驱动器。 本文将讨论其中一些。 作者考虑了 Monolithic Power Systems (MPS) 的一些驱动芯片。 基于DC/DC转换器的驱动芯片分类 从 LED 手电筒到手机、数码相机、计算机等各种复杂的设备中都可以找到为超亮 LED 供电的驱动芯片。 LED 最常见的用途之一是用于 LCD 显示器的 LED 背光电路。 自供电设备的驱动器通常具有高效率（超过 90%）。 它们是可调开关 DC/DC 升压或降压-升压转换器。 您可以找到带有升压电路的所谓电容驱动器和电感驱动器。 它们通常采用稳定输出电流（即LED的电流）的方法来保证LED的稳定亮度。 LED 上的电压稳定用于此目的的情况较少。 电容式升压转换器也称为电荷泵转换器。 这是英文术语Charge Pump的直译，指的是国外技术文献和文档中的这些方案。 它们可以用作降压-升压转换器。 电荷泵驱动器无可争议的优势是其简单性和低成本。 驱动器还使用电感式 SEPIC 架构转换器（单端初级电感转换器 - 电感上的单端初级转换器）作为升压降压 DC/DC 转换器，其优点是输出电流和效率比具有电感器的转换器稍高。电路升压。 升压转换器还主要用于低压供电应用。 效率高，输出电流大，其他指标一般。 表 1 总结了[1]中给出的 DC/DC 转换器驱动器的特性。 表 1. 基于 DC/DC 转换器的驱动器的特性
家用电器中的降压转换器很少用作LED驱动器。 因此，我们将更详细地考虑 Monolithic Power Systems 微电路上其余三种类型驱动器的电路特征。 使用 MPS 的升压电路（电荷泵）为超亮 LED 供电的驱动器 MP1519 芯片是一款驱动器，用于通过升压电路（电荷泵）为 2,5 个白色 LED 供电，该升压电路由 5,5 ... 1 V 电源供电（见图 XNUMX）。
该微电路采用尺寸为 16x16 mm 的微型 3 引脚 QFN3 封装制造。 该微电路引脚的用途如表2所示。 表 2. MP1519 芯片的管脚用途
MP1519 IC包含一个电池电压传感器、一个控制控制器、一个电流发生器、一个禁区参考电压源（ION）、四个LED电流源（稳定器）和一个升压电路。 微电路内部与每个 LED 串联，开启电流稳定器（Current Source - 电流源），电流发生器控制所有四个电流源的模式。 控制控制器提供升压模式的自动选择、“软”启动等。 升压电路将电源电压转换为1,3 MHz脉冲，该脉冲经过整流并对存储电容器C1和C2充电。 当使用升压电路为 LED 供电时，电池电压会添加到这些电容器的电压上。 为了使升压电路正确工作，电容器C1和C2必须具有相同的电容。 MP1519芯片的特点之一是自动切换升压比：1x、1,5x和2x。 这提供了电流的最佳有效稳定，从而在电源电压变化时（例如，在老化或更换电池期间）提供 LED 的亮度。 为此，在运行期间，微电路会持续监控 LED 电流和电池电压。 为了防止电池过载，MP1519 芯片采用“软”启动和升压模式“软”切换。 LED 的电流由电阻器 R1 设定，其阻值可通过以下公式计算： R1（ķ) = 31,25/I搭载了LED(嘛） 引脚上存在 2,5 ... 5,5 V 电源电压时。 如图 5 和 13 所示，通过向该微电路的 EN 许可输入（引脚 12）施加高电压电平来打开驱动器。 当打开时，MP1519 微电路的控制器分析电源电压的大小、LED 的电流，并打开一种或另一种升压模式。 驱动器通过引脚上的低电平关闭（熄灭 LED）。 12，延迟 30 µs。 EN 输入可用于 LED 的模拟调光和 PWM 调光。 对于 PWM 调光来说，微电路的关断延迟是必要的。 为此，将频率为 50 Hz ... 50 kHz 的外部控制 PWM 信号施加到使能输入 EN。 当控制信号脉冲结束时，LED 的电流及其亮度在 30 µs 内逐渐降至零。 控制脉冲的占空比越大，LED 的平均亮度越低。 当控制信号频率超过 50 kHz 时，亮度调节效率低下；当频率低于 50 Hz 时，LED 的闪烁变得明显。 用于引脚上的模拟调光。 11 MP1519 通过分压器 R2 R1 提供恒定的调节电压（见图 2）。 通过将分压器 R0 R3 输入端的电压从 2 V 更改为 1 V，您可以将 LED 电流从 0 mA 更改为 15 mA。
MPS 还生产了两个在电路和引脚排列上与 MP1519 类似的微电路 - 它们是 MP1519L 和 MP3011。 MP1519L 芯片设计用于与三个白色 LED 配合使用，与 MP1519 的不同之处在于 MP1519L 引脚。 1 未使用。 它采用 QFN16 (3x3mm) 和 TQFN16 (3x3mm) 封装。 MP3011 芯片设计为仅与两个白色 LED 配合使用。 该芯片也不使用引脚。 14. 该芯片采用 QFN16 封装 (3x3mm)。 基于 MPS 升压（升压、升压）DC/DC 转换器的超亮 LED 驱动器 MP2481芯片的详细描述可以在[2]中找到，因此请考虑以下芯片：MP3204、MP3205、MP1518、MP1523、MP1528、MP1521、MP1529和MP1517。 MP3204 芯片是一款经典的 DC/DC 升压转换器，输入电压为 2,5 ... 6 V，可让您在串联 LED 上获得高达 21 V 的恒定电压。最多可连接 3204 个 LED连接到 MP3 的最大数量，但为了实现最佳控制，制造商建议将三个白色 LED 连接到微电路的输出（见图 XNUMX）。
该微电路包含一个 1,3 MHz 振荡器、PWM、反馈信号放大器、电流传感器信号放大器和场效应晶体管输出开关。 它采用微型 TSOT23-6 封装制造。 该微电路引脚的用途如表3所示。 表 3. MP3204 芯片的管脚用途
MP3204（图 3）的驱动程序的工作原理如下。 通过向 EN 使能输入（引脚 4）施加高电平来打开微电路。 当输出键（引脚 1 和 2）闭合时，不断增加的电流从电源流过 L1 电感器，并在电感器磁芯中产生磁场。 当输出开关打开时，电感中会出现自感电动势（图4右侧的“+”，左侧的“-”），该电动势被添加到电路的电源电压上。 利用该总电压，存储电容器C1通过二极管D2充电。 该电容器的电压用于为串联 LED 供电。 输入滤波电容C1和输出端存储电容C2通常采用陶瓷电容。 2 uF 存储电容器 C0,22 对于大多数应用来说已经足够，但可以增加到 1 uF。 扼流圈L1应具有较小的直流电阻。 在位置 D1，安装了一个直流电流为 100 ... 200 mA 的肖特基二极管。 电阻R1与LED串联，用作LED的电流传感器。 为了稳定 LED 的电流，来自 R1 的电压（与该电流成比例）被馈送到微电路的反馈输入 FB。 电阻器 R1 的阻值设定 LED 的电流。 LED 电流与电阻器 R1 阻值的关系如表 4 所示。 表 4. LED 电流对 R1 的依赖性
为了防止电源在开启时过载，微电路内置了软启动电路。 该芯片提供模拟和PWM调光，并有三种不同的方式来调节亮度。 对于模拟调节，电路如图所示。 4.
当控制电压从2V变化到0V时，LED电流从0变化到20mA。 除了模拟调光外，还可以使用两种 PWM 调光方法。 第一种方法的本质是将频率高达 1 kHz 的 PWM 信号直接施加到 EN 输入（引脚 4）。 LED 的电流和亮度与控制 PWM 脉冲的占空比成反比，即与这些脉冲的持续时间成正比。 在第二种方法中，频率超过 1 kHz 的 PWM 信号通过隔离滤波器馈送到 FB 反馈输入（引脚 3）（见图 5）。
当输入电压降低时，微电路具有过载保护（欠压锁定），响应阈值为 2,25 V，迟滞为 92 mV，并且在超过输出电压时（例如，如果其中一个 LED 损坏）提供过载保护。 为此，转换器的输出电压被施加到 OV 保护电路的输入（引脚 5）。 当输出电压为 28 V 时，此保护被激活并关闭逆变器。 要重新尝试打开它，必须关闭然后再打开电路的电源。 MP3205微电路与MP3204不同，没有输出电压保护和OV输入。MP3205微电路采用5引脚TSOT23-5封装。 别针。 该微电路TSOT5-23外壳的5号位置和用途与引脚相对应。 6 个 MP3204 芯片，采用 TSOT23-6 封装。 MP3204 和 MP3205 微电路的参数和电路与 MP1518 和 MP1523 微电路非常接近，设计用于控制最多 6 个 LED。 MP1518 采用 TSOT23-6 和 QFN-8 封装。 TSOT1518-23封装的MP6芯片与MP3204的引脚完全相同。 MP1523 芯片仅采用 TSOT23-6 封装制造，与 MP1518 有许多差异。 MP1523芯片的引脚排列实际上与MP3205相同，但不同之处在于引脚。 5 (BIAS) MP1523 可以连接到电源的正极 (2,7 ... 25 V) - 几乎像一个引脚。 MP5芯片的3205（IN），或到电路的输出（到阴极D1）。 在后一种情况下，MP1523 微电路将具有一个过载保护电路，用于超过阈值 28 V 的输出电压。对于该微电路，与 LED 串联的电流传感器电阻必须具有 20 欧姆的电阻。 MP1523 没有 LED 调光电路。 另一种为 9 个 LED 供电的升压驱动器是在 MP1528 芯片（6x3 mm QFN3 封装或 MSOP8，其中该芯片标记为 MP1528DK）上执行的。 MP1528 的引脚分配如表 5 所示。 表 5. 微电路引脚的用途
MP1528 微电路的典型开关电路与上面讨论的其他驱动器略有不同（见图 6）。
为了保证LED的最大亮度，必须在BRT输入端施加大于1,2V的电压，LED在最大亮度时的电流由电阻R1决定，电阻RXNUMX的阻值可按下式计算： R1（ķ) = 你瓦/(3 我搭载了LED(嘛）） 模拟调光是通过将 BRT 引脚上的直流电压从 0,27V 更改为 1,2V 来完成的。 为了提供 PWM 调光，将频率为 100 至 400 Hz 的 PWM 信号施加到 BRT 输入，其低电平不应超过 0,18 V，高电平不应低于 1,2 V。 该微电路具有防止超过输出电压的保护功能，响应阈值为 40 V，还具有防止输入电压降低的保护功能（工作阈值 2,1 ... 2,65 V），以及阈值为 160 °C 的温度保护。 MP1529 芯片是 MPS DC-DC 转换器上最强大的驱动器之一（只有 MP1517 比所考虑的 IC 更强大）。 MP1529 芯片应该是读者特别感兴趣的，因为它用于数码相机、摄像机和内置数码相机的移动电话。 它可以驱动三个串联的白色超亮 LED 链（线）。 其中两条线路（LED1 和 LED2）由六个 LED 组成，每条线路用于液晶 (LCD) 指示器的背光照明，而第三条线路（LED3）由四个 LED 组成，用于闪光和在黑暗中照亮物体（预览模式）。 MP1529 微电路的电源电压为 2,7 ... 5,5 V，输出电压为 25 V。它具有阈值 28 V 的输出电压超限保护，以及输入电压欠压保护，阈值 2 V。阈值 2,6 ... 210 V，迟滞 1529 mV。 MP160 还具有温度保护功能 (16°C)，采用 4x4mm QFN1529 封装。 MP6引脚的用途如表7所示，典型的开关电路如图XNUMX所示。 XNUMX. 表 6. MP1529 芯片的管脚用途
使能输入 EN1 和 EN2 用于启用各种模式。 如果两个输入均为低逻辑电平 L (0,3 V)，则所有 16 个 LED 将熄灭。 如果 EN2 输入保持低电平且 EN1 设置为高电平 H (1,4 V)，则闪光灯 LED (LED3) 将保持关闭状态，并且 12 个背光 LED（LED1 和 LED2 链）将尽可能明亮地发光。 背光 LED 的最大亮度和电流由 RS1 电阻器（连接到引脚 9）的电阻设置。 如果同时将频率为 1 ... 1 kHz 的控制 PWM 信号施加到 EN50 输入，则根据该信号的占空比，背光 LED 的照明亮度将发生变化。 如果使能输入 EN2 设置为低逻辑电平，则四个 LED 链 (LED3) 将在照明模式（预览）下另外打开。 在这种情况下，LED3 LED 的电流将由 RS2 电阻器（引脚 10）的电阻决定。 如果EN1输入为低电平，EN2输入为高电平，则背光LED LED1和LED2将熄灭，LED3 LED将尽可能亮（闪光模式）。 在此模式下，LED3 LED 的电流由 RS3 电阻器（引脚 11）的电阻设置。 电阻器 RS1、RS2 和 RS3 的电阻（以 kΩ 为单位）通过以下公式计算： RS1 = (950 U设置）/我LED_BL RS1 = (1100 U设置）/我LED_光伏 RS1 = (1000 U设置）/我LED_FL 你在哪里设置 - 内部参考电压 1,216 V，我LED_BL - 背光 LED 电路 LED1 或 LED2 之一的电流（以 mA 为单位），ILED_光伏 - LED3 LED 在照明模式下的电流（以 mA 为单位），ILED_FL- LED3 LED 在闪光模式下的电流（以 mA 为单位）。 表 1529 总结了有关 MP1 芯片工作模式的信息，具体取决于使能输入 EN2 和 EN7 的逻辑电平。 表 7. MP1529 芯片的工作模式取决于 EN1 和 EN2 输入处的信号
* L - 低电平，H - 高电平 电容C1和C2分别是电路输入端和输出端滤波器的存储电容，C3是PWM级输入端控制电压滤波器的存储电容（该PWM提供输出电压稳定），C4是软启动电路（PWM定时器）的电容器。 MP1521 芯片的电源电压为 2,7 V，最多可连接 9 个超亮 LED，而电源电压为 5 V 时，最多可连接 15 个超亮 LED。 该 IC 的最大电源电压为 25 V。MP1521 采用 MSOP10 (MP1521EK) 和 QFN16 (MP1521EQ) 封装。 该微电路的引脚用途如表8所示，为9个LED供电的开关电路如图8所示。 XNUMX. 表 8. 采用 MSOP1521、QFN10 (16x3 mm) 封装的 MP3 芯片的引脚分配
电阻器 R1、R2 和 R3（图 8）是 LED 电流传感器。 对于模拟调光，向 EN 输入施加 0,3 ... 1,2 V 范围内的电压；对于 PWM 调光，施加频率为 100 ... 400 Hz 且低电平不超过 0,18 V 的 PWM 信号且高电平不超过1,2、XNUMXV。 MP1517芯片上的升压转换器和SEPIC型转换器 制造商建议不仅将 MP1517 芯片用作 DC/DC 升压转换器，还可以将其用作 SEPIC（单端初级电感转换器）转换器。 该微电路的电源电压范围为 2,6 ... 25 V。它采用尺寸为 16x4 mm 的 QFN4 封装制造。 MP1517芯片的引脚分配如表9所示，典型的开关电路如图9所示。 XNUMX. 表 9. MP1517 芯片的管脚用途
该电路与之前的电路（见图6或图8）的不同之处仅在于使用了三个串联LED之一的电流传感器来稳定LED电流。 因此，我们将仅详细介绍 MP1517 上的 SEPIC 型 DC/DC 转换器的电路（见图 10）。
SEPIC 转换器的一个特点是其输出电压可以高于或低于输入电压，这是通过耦合电容器 C8 的存在来保证的（参见 [3, 4]）。 方案如图。 当输入电压从 10 V 变为 3,3 V 时，图 3 会在输出端产生 4,2 V 的电压。任何 SEPIC 型转换器都是在开关升压转换器的基础上组装的，这在下图中很容易看出。 此外，该升压转换器（位于 L1、D2 上）用于为微电路本身供电。 让我们看看 MP1517 SEPIC 转换器如何在稳定状态下工作。 根据前面的工作，当场效应晶体管上的 MS 内部密钥被解锁时，电容器 C8 将被充电（“+” - 在图 10 的左侧，“-” - 在正确的）。 当该按键打开时，C8将通过电感L2放电，其中积累变化磁场的能量。 此外，电感器L1也会积聚磁能，通过该磁能，越来越大的电流将从电源流过微电路的同一内部按键。 当钥匙被锁定在电感L1中时，会出现电动势（“+”-在右侧，“-”-在左侧），该电动势累加到电源电压并对C8充电（“+”-在左侧）左侧，“-”-右侧）通过 D1 和电容器 C2。 此外，L2 中出现 EMF（“+”- 在顶部，“-”- 在底部），通过 D2 对 C1 充电。 在下一次解锁微电路的内部密钥时，将重复该过程。 转换器输出端（C2 处）的电压值主要取决于关键控制脉冲的占空比和负载电流。 R1 R2——反馈分压器，提供输出电压稳定，C6——误差电压滤波电容。 C5是去耦电阻，C4是软启动电容。 文学
作者：I. Bezverkhny
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