摘要：  本文对LED集成驱动器件的特性做出比较，并以TPS61043为例简单介绍LED驱动源电路的设计。

关键字：  LED照明，  LED集成驱动器，  

LED是目前国际公认的新一代节能、环保、高效、长寿命照明光源。业界预计到2010年，用于LED照明将大面积流行。例如，汽车将使用LED头灯。在电视方面，白色LED和RGB LED都将进入平板LCD电视。可以断言， LED照明市场蕴藏着巨大的商机。LED光源与传统光源不同，需在专用驱动源的驱动下才能高效持续工作，高性能驱动源通常由LED集成驱动器件和外围电路元件构成。本文对一些LED集成驱动器件的特性进行比较，并以TPS61043为例简单介绍LED驱动源电路的设计。

2、LED集成驱动器件

按LED应用场合分类，大致有如下三类：

1，表面贴装LED： SMT LED作为低功率器件被主要用于指示设备和手机键盘的照明，后来又开发出大功率的SMT器件用于汽车面板照明、刹车灯，并扩展用于专业和一般的照明设备。

2，汽车应用LED：充分考虑热设计后广泛用于仪表板、空调、收音机和电子开关等车内部照明设备。

3，照明LED：高光通量LED已广泛应用于电池供电的闪光灯、微型声控灯、安全照明灯、室内室外道路和楼梯照明及建筑物与标记连续照明。

应用场合不同，所选LED性能不同，LED驱动点燃的要求自然不同。器件市场应运出现的LED集成驱动器件种类繁多，性能各异，为满足各类应用需要设计制作驱动源提供极大方便。表1给出LED集成驱动器件的生产厂家、型号和性能简述：

表1 LED集成驱动器件的生产厂家、型号和性能简述

这些LED集成驱动器件按其供电电压及应用领域大致分为用于便携式电子产品中，电压低于5V由电池供电的中、小功率白色LED;由稳压电源或电瓶供电，电压高于5V，如6V、9V、12V、24V或更高;直接由市电( 110Vac或220Vac ) 或相应的高压直流，如40～400V供电，主要用于驱动大功率白色LED灯。

3、集成驱动器件TPS61043

驱动源设计时，应根据需要选择适当LED集成驱动器件，一搬要考虑以下几点：

1. 功率转换效率较高的; 2. 多个LED并联使用时，能确保各LED电流彼此匹配;3. 低静态电流小，最大电流可调;4. 有完善的保护电路;5. 封装小，外围电路简约，对其他电路干扰小，价格便宜。

如选 TPS61043 设计驱动源，它德州仪表公司(Texas Instruments)专为白光 LED 及类似器件开发生产的集成驱动器件。器件内置的恒流输出高频升压型功率变换电路，通过外部串联电阻设定流经 LED 的电流并通过反馈端直接将串联电阻两端的电压调整至 252mV 典型值。TPS61043的输入电压范围为1.8 V - 6.0 V，内部功率 MOSFET 开关管耐压30V，电流400mA，切换频率高达 1 MHz，该集成驱动器件具有电流源18V过压保护，可驱动 4个 串接 LED，可采用 PWM 和模拟信号精密调节亮度，输出电容极小，仅100nF，器件无负载时静态电流典型值 38 μA，关态时与 LED 脱连，电流典型值仅 0.1 μA，总效率达 85%。图 1 为 TPS61043的内部结构框图。

TPS61043各引脚的功能说明如下表：

表2 TPS61043引脚功能说明

4、TPS61043外围元件设计

图2为TPS61043的典型连接电路。

按该连接电路， TPS61043 与外围元件构成脉频调制 (PFM) 状态下工作的峰值恒流升压型功率变换电路，在负载电流范围内均可维持较高效率，且工作频率高达1 MHz，为采用小容量外接元件提供了保障。脉频调制峰值电流控制方案确保变换电路的工作频率仅与电感、输入和输出电压以及 LED 的电流有关。 LED 电流减小，工作频率降低，故可得在LED电流全范围内效率均高的结果。PFM峰值电流控制方案的稳定性极高，外围电感和输出电容的选择范围极宽。

外围元件设计选择时，首先应考虑工作频率。TPS61043的工作频率可按下式计算：

　　(1)

式中Io：输出电流;Vo：输出电压;Vi：输入电压;Vf：整流二极管D1的正向压降;Ilim：电流限流值;L：电感值。

电感选择

据(1)式可知电感值越小，变换器的频率越高。考虑到电感的直流电阻值越大，变换器效率越低。假定采用480 mA最大限流值，Fs= 700KHz，Io ≤20mA×N，Vo = 16V，Vi ≥ 2.7V，Vf = 0.4V，直接利用(1)式计算的话，算得可能选择的电感尺寸和数值如下表：

表3 可能选择的电感尺寸和数值

电容选择

电容选择包括输出电容和输入电容两者。

输出电容直接影响变换电路的输出电压纹波和电压的线性调整率。输出电压纹波和电压的线性调整率越大，意味着输入电压变化时 LED 的电流变化大，从而造成 LED亮度明显变化。一般应用要求线性电压调整率的典型值 ≤1% / V，为此输出电容值须≥1 μF。为使输出电压滤波更好，建议使用等效串联电阻(ESR)小的陶瓷电容。

输入电容关系到输入滤波的优劣，输出电容最好也使用等效串联电阻小的陶瓷电容，推荐电容值为4.7μF，为对输入电压滤波更好，电容值亦可增加。电容选择参见表4：

表4　 输入和输出电容选择

为实现高效率，二极管需采用额定等于变换器峰值电流的肖特基二极管。表5 为可选用的二极管：

表5 可选用的二极管

一般LED调光可以通过 TPS61043 组合了使能和 PWN 功能的控制端(引脚5)完成，某些希望使能功能独立的系统，可考虑可采用图 3 电路实行 LED 调光，此时， LED 的电流由图中 R2 上的电压 VADJ 确定。R1， R2 和电流传感电阻 RS 选用的步骤为：

1. 选定使 LED 熄灭的 VADJ(max) ， 譬如 3.3 V;

2. 选定使 LED 点亮的 VADJ(min)，譬如 0.0 V;

3. 选定 LED 的最大和最小电流 IO(max) 、IO(min)，譬如 IO(max) = 20 mA， IO(min)= 0 mA;

4. 计算全亮时，实现反馈电流 I1 = 3 μA 至 10 μA 范围内的 R2值;

5. 计算 R1 值;

6. 计算LED电流最大时的反馈传感电压 VS ;

7. 计算所需的传感电阻 RS 。

另外，也可采用图 4 所示电路方案：

随着 LED 的应用领域的逐渐扩大，LED 驱动集成驱动器件的选型将成为LED照明产品设计中的重中之重。以白光 LED 作背光源的 PDA、袖珍电脑、智能电话、手持设备和移动电话等装置中，德州仪表公司的 TPS61043 无疑是一款性能优秀的 LED 集成驱动器件。