過去幾年中，LED市場已經出現了大幅成長。隨著散熱、封裝和製程方面取得的進步，已經實現了更高的亮度、更高的效率、更長的壽命和更低的成本。與白熾燈泡不同的是，LED沒有會燒斷的燈絲，而且它們的工作溫度往往較低。

此外，白熾燈泡還將90%的電能以熱量的形式浪費掉了。順便一提，白熾燈泡的照明燈具設計之所以更像散熱片（而不是用於散播所產生之光線的外罩），其原因就在於此。

大功率或高亮度（HB）LED的光輸出已經超過了每瓦100流明（即100lm/W）這一具有里程碑意義的關鍵數值。實際上，有些製造商聲稱，已經在實驗室中實現了200 lm/W的光輸出。那麼，顯然在發光效率方面，LED已經超過了白熾燈（典型的60W白熾燈光輸出大約為14 lm/W）。或者換一種說法，一個光源的光輸出量（用流明來衡量）與產生該光輸出所消耗的功率（以瓦來衡量）之比。

即便如此，人們仍然預計，在未來一年，具150 lm/W光輸出的LED將能在市面上方便地買到。另一個好處是LED的壽命。視計算方式的不同，一個白光LED燈至少擁有三萬五千小時的壽命，有些甚至聲稱能長達10萬小時，而白熾燈的壽命大約為1000小時。

為了正確理解這一點，我們可以做一下如下計算，如果你每天使用一個LED燈10小時，那麼該LED燈應該能持續使用9年半時間，與標準白熾燈的1/3年大相徑庭！

LED驅動器IC才是發光關鍵

高亮度LED照明的成本也已經非常迅速地下降了。過去幾年，單個白光二極體的價格已經下降，而一個LED燈中具備幾個二極體，這些二極體的成本占LED燈成本的大部分。很多LED業界分析師預測，今年，取代白熾燈的LED燈的價格將達到消費者可接受的程度。

有些LED製造商宣佈，已經設計出了一些發光晶片，能使LED燈產生與大多數家庭中常見的75W白熾燈相媲美的光輸出。這類LED晶片通常僅需要大約9W功率就能產生同樣的光輸出量。與光輸出量相同的白熾燈相比，9W功率連其1/8都不到。

不過，很少有人認識到，這些效率超乎尋常的LED燈的關鍵之處，是LED燈內驅動LED所需的電路。令人難以置信的是，這種電路的核心是類比LED驅動器IC。

今天，LED驅動器IC必須具有的一個主要的性能特點，以充分地對LED調光。既然LED是用定電流驅動的，且DC電流值與LED亮度成正比，那麼要透過控制LED電流來改變LED亮度，就有兩種調光方法。第一種方法是類比調光，採用這種方法時，LED DC 電流值隨恒定LED電流值的降低成正比降低。降低LED電流可能引起LED色彩的變化，或者LED電流控制不準確。

第二種方法是數位或脈衝寬度調變（PWM）調光。PWM調光以等於或高於100Hz的頻率導通和斷開LED，以這種頻率切換，人眼是察覺不到的。PWM調光的工作週期與LED亮度成正比，而在導通時LED電流保持相同的值（如LED驅動器IC所設定），從而在高調光比時保持了恒定不變的LED色彩。這種PWM調光方法在某些應用中使用時，能實現高達30,000:1的調光比。

尤其在驅動高亮度LED的情況下，LED驅動器IC必須憑藉既滿足輸入電壓範圍，又滿足所需的輸出電壓及電流要求的轉換架構，為很多不同類型的LED配置提供充足的電流和電壓。一個值得注意的例外是離線式LED應用，理想情況下，高亮度LED驅動器IC應該具有以下特點：

汽車採用高亮度 LED 的例子

毫無疑問，大部分汽車前照燈仍然還是白熾燈。不過，白熾燈的主導地位已經開始面臨來自高強度放電（HID）燈和高亮度LED燈的壓力。高強度放電燈包括所有用在普通照明應用中的高強度放電燈，例如高壓水銀蒸氣燈、高壓鈉燈、低壓鈉燈以及金屬鹵化物燈。

要在室內、建築物或室外空間為工作或生活環境照明，普通照明光源已經足夠了。這類環境照明包括住宅照明、商業和工業照明、路燈以及汽車前燈。高強度放電氙燈是第一種用於汽車前照燈的高強度放電燈，其於20世紀90年代推出。不過，這類燈的生產製造成本非常高，因此它們的使用一直限於高檔汽車。由於最近高亮度LED燈的推出，未來這類高強度放電氙燈的使用將會迅速減少。因此，未來10年高亮度LED前燈的成長率將是最高的。

汽車照明系統設計者面臨的最大障礙之一，是如何優化最新一代LED的所有特色和優勢。既然LED一般需要一個準確和高效率的電流源，和一種為LED調光的方法，那麼LED驅動器IC就必須設計為在種類繁多的工作條件下滿足這些要求。此外，LED的電源解決方案必須是高效率、堅固及可靠的，同時還必須非常精小並具有高成本效益。

可以說，就驅動LED而言，要求最嚴苛的應用之一將是前照燈系統（由遠光燈和近光燈、白天行車燈、霧燈以及方向燈組成），因為前照燈處於嚴苛的汽車電氣環境中，同時還必須適應多種溫度條件的變化。而且，前照燈必須能裝進非常受限的空間中，成本結構也要有吸引力。

因應汽車前照燈的新型 LED 驅動器 IC

凌力爾特公司最近推出的 LT3791 是一款 4 開關同步升降壓LED 驅動器和穩壓器控制器，非常適用於驅動汽車前燈應用中的高亮度 LED。控制器用高於、低於或等於輸出電壓的輸入電壓工作。該元件具 4.5V 至 60V 的寬廣輸入電壓範圍和 0V 至 60V 的輸出電壓範圍，同時還可以在工作模式之間無縫轉換。此外，其獨特的同步升降壓架構可實現高達 98% 的工作效率，這可極大地減小因功耗產生熱量而所必需之散熱片的尺寸和重量。

圖一 : 　LT3791 以高達 100W 的功率驅動一個 3A LED 陣列

以接地為基準的電壓回授針腳 (FB) 充當幾種 LED 保護功能的輸入，並使轉換器能作為定電壓源運行，參見圖一。該元件還提供故障保護，以在出現 LED 開路或短路的情況下不被損壞，並發佈故障報告，同時當發生故障時，計時器允許 LT3791 鎖住或重啟。該元件還採用了專有的電流模式和控制架構，並在降壓和升壓模式中採用了電流感測電阻。

高亮度 LED 在工業應用的例子

其他最終市場應用對大功率高亮度 LED 驅動器則具有獨特的需求，在這類應用中，LED 電流必須高於 10A。這類應用包括 DLP 投影機、雷射器和建築照明。不過，提供高於 10A 的電流可能帶來設計上的問題，其中非常重要的問題是，最終產品本身的熱量管理！為此，凌力爾特開發了獨特的 LED 驅動器，以專門滿足這類應用的設計需求。

LT3743 是一款降壓同步 DC/DC 轉換器，用來提供定電流，以驅動大電流 LED。該元件可提供高達 20A 的連續 LED 電流，或高達 40A 的脈衝 LED 電流。LT3743 的獨特設計實現了 3 態電流控制，這使該元件非常適用於 DLP 投影機所需的色彩混合應用。該元件還提供非常快 (<2us) 的電流轉換時間，優化了色彩混合解析度，並允許在鐳射驅動器應用中產生非常快的電流脈衝。

LT3743 具 5.5V 至 36V 的輸入電壓範圍，因此非常適合工業、DLP 投影和建築照明等應用領域。LT3743 以標稱 12V 輸入提供高達 20A 的連續 LED 電流，從而可提供超過 80W 的功率。在脈衝式 LED 應用中，該元件可用 12V 輸入提供高達 40A 的 LED 電流或 160W 峰值功率。高達 95% 的效率使得無需任何外部散熱措施，而且大幅簡化了熱設計。

頻率調節針腳讓使用者能在 100kHz 至 1MHz 範圍設定頻率，如此設計者就可優化效率，並能最大限度地減少外部元件的尺寸。結合 4mm x 5mm QFN 或耐熱加強型 TSSOP-28 封裝，LT3743 提供了非常精小的大功率 LED 驅動器解決方案。參見圖二，以瞭解20A LED 電流的典型應用原理圖。

圖二 : 　提供 20A LED 電流的 LT3743 典型應用原理圖

LT3743 提供 PWM 和 CTRL_SELECT 調光，在 3 種 LED 電流時，實現 3000:1 的調光能力，從而非常適用於 DLP 投影機中所需的色彩混合應用。類似地，LT3743 獨特的架構使其能以不到 2us 的時間在兩個穩定的 LED 電流值之間轉換，從而可在 RGB 應用中提供更準確的色彩混合。LT3743 保持 ±6% 的 LED 電流準確度，以確保 LED 提供最準確的光輸出度。其他特點包括輸出電壓調節、LED 開路保護、過電流保護和熱降額電路。

結語

毫無疑問的，高亮度 LED 能符合廣泛的應用要求，因為與白熾燈相比，高亮度 LED 具固有的高功率效率和長工作壽命，所以很多設計者正在轉向高亮度 LED。顯然，就任何給定的應用而言，選擇合適的 LED 以提供所需的光輸出是設計者的責任。然而，可以大幅提升總體設計的 LED 驅動器 IC 常常被忽視。

幸運的是，凌力爾特等製造商很早前就認識到此需求，而且已經透過推出革命性的 IC迎接此挑戰，這些 IC 兼具豐富的功能和性能特點，使系統設計師的選擇工作變得更容易了。因此，無論最終應用來自汽車、工業或其他領域，都可望變得更好！

（本文作者為Linear凌力爾特電源產品部產品行銷總監）