所有发光二极管无论其灯光颜色、尺寸大小或功率有甚不同，只要驱动的电流恒定不变，它们都能充分发挥其性能。发光二极管生产商都会列明产品的规格，例如，数据表上会列出产品在指定正向电流（IF）而非正向电压(VF)驱动下的流明、光束波形及颜色。但大部分电源管理集成电路基本上都属于输出电压恒定，但输出电流则非恒定的类型，因此不能单凭数据表上所列参数来判断某一系统设计最适宜采用哪一款芯片。因此各种系统中，应用各种发光二极管驱动器以保驱动每一发光二极管的电流都大小一致是至关重要也是一种桃战，这是本文需要重点研讨的问题。
1.输出电压范围较广的恒流调节器应运而生
这是满足高亮度发光二极管输入电压及正向电压新理念的需要。发光二极管的输入电压大多来自电池或有容限规定的电源供应系统。以汽车电池为例，其供电电压介于8V与16V之间，实际数值则取决于负载及电池的出厂年份。台式机处理器内置的“银盒”电源供应系统可以提供12V±10％的供电电压。而高亮度发光二极管的正向电压也有范围规定。以正向电流为350mA的典型高亮度发光二极管为例，发光二极管的正向电压范围必须包括典型值以及过热停机的高/低阈值在内。为了确保输入一整串发光二极管的驱动电流保持恒定，电源系统提供的输出电压必须相等于整串发光二极管的最高正向电压总和。生产商可以将不同颜色、亮度及正向电压的发光二极管分级。但若这三方面都作分级，成本会较为昂贵，而且一般来说正向电压是可以容许作最大改动的参数。再加上正向电压会随着发光二极管管芯温度的变动而出现偏移，因此输出电压范围较广的恒流调节器便应运而生。
为此先以若输入电压高于发光二极管电压与若输入电压范围与发光二极管电压范围互相重迭二种情况与芯片应用作说明。
1.1若输入电压高于发光二极管电压
若输入电压必定高于整串发光二极管的最高正向电压总和，可供选择的方案便有两个：我们既可选用线性稳流器，也可选用降压稳流器。
最简单的方法是采用线性稳流器。若要确保输出电流恒定不变，便必须采用配备两个反馈电阻的可调节线性稳流器。
要舍弃上方的反馈电阻，代之以串联一起的发光二极管，而原本在下方的电阻则改用电流检测电阻，那么先前的恒压电源便会“自动调节”，将输出电压不断调节，直至有足够的电流流入电流检测电阻，使输出电压相等于稳压器的反馈电压。线性稳流器的优点是设计简单，而且只需极少外接元件，也不会产生电磁干扰。只要串联发光二极管的正向电压(VF)不超过压降有限的输出电压，线性稳流器便可不断输出恒定电流。但缺点是效率不高，而且热能耗散较大。线性稳流器发光二极管驱动器的损耗大约等于(VIN-n×VF)XIF。公式中的n是指串联一起的发光二极管的数目。以350mA或以上的输出电流为例，若采用线性稳流器，便可能要加设散热器，这样不但会增加系统成本，而方案的体积也较大。
可调恒流源芯片与应用举例
超小型高亮度LED驱动器(40V、350mA、TQFN封装的LED驱动器)。
MAX16803是一款可调恒流源，可为一列或多列高亮度LED(HB LED)提供高达350mA的驱动电流。最高40V的宽输入电压范围允许串联数目较多的HB LED。MAXl6803理想用于电视、车载和计算机显示器中的白光和RGB LED背光驱动。该调节器集200mV、低压电流检测基准与差分LED电流检测技术于一身，可提供±3.5％的负载电流精度。这种电流精度能坶供均匀的亮度。该器件提供低压差调整元件(0.5V，典型值)和低压电流检测基准，可使系统功耗降至最低。通过专门的亮度调节输入实现LED电流的PWM调节功能，从而对亮度进行调整。波形整形电路产生平缓的LED电流上升沿和下降沿(具有相同的持续时间)，进而降低开、关瞬态的EMI。图1为MA16803引脚功能与应用示意图。
图1
主要特征：利用外部BJT(双极结晶体管)可提供高达2A的LED电流；土3.5％的LED电流精度；波形整形控制大为降低PWM亮度调节过程中的EMI；200mV低压电流检测基准可极大地降低功耗；工作电压可低至+5V，适合汽车冷启动与短路保护及热关断；-40℃至25℃温度范围。
应用：理想用于汽车内部和外部LED照明与重点和建筑LED照明及信号标志和LED立体发光字，是可简化照明设计的最佳选择。
2、发光二极管驱动器及控制器的分类
己有采用开关电容升压转换器的高功率发光二极管驱动器和采用电感升压转换器的高亮度发光二极管驱动器及高亮度发光二极管控制器等三种。值此作前两种作说明。
2.1开关电容转换器方案与芯片举例
开关电容转换器解决方案
利用开关电容转换器驱动发光二极管时，转换器的增益必须够大，才可利用谷值输入电压提供足够的升压，以便为发光二极管提供最高电压及最高电流，而且无论温度高低以及采用哪一种工艺技术，升压必须能够保持一段时间。虽然开关电容转换技术不断改进，令整体的效率有进一步的提升，但单以效率计，良好的电感解决方案在绝大部分情况下都比开关电容器解决方案优胜。
采用开关电容升压转换器的发光二极管驱动器特征有二，其一是较低的发光二极管电压功耗不变；其二是较低的发光二极管电压二效率更高。
例如并行连接的发光二极管：所有发光二极管都并行排列一起，但各自连接同一导线，每一发光二极管的正极则分别连接地线。优点：不必限定采用一条供电干线，适用于小键盘的背光系统。
芯片举例：利用开关电容转换器输出800mA电流的闪光灯发光二极管驱动器LM2754。
主要特征
LM2754芯片是一款内置四个稳流接收器的低噪声、高电流的高集成度开关电容直流／直流转换器，其特点是可以输出高达800mA的电流，以驱动1至4个并行连接的高功率白光发光二极管。由于这款芯片可以根据发光二极管要求的正向电压及电流灵活选择合适的增益，因此只要在指定的输入电压范围内操作，便可发挥最高的转换效率。此外，这款芯片也可通过两个外置的低功率电阻为电筒及闪光灯模式设定所需电流。图2 为LM2754芯片的典型应用电路图。
图2为LM2754芯片的典型应用电路图
2.2电感升压型发光二极管驱动器方案与芯片举例
电感升压转换器解决方案
对于电流高达几百mA以上的应用来说，电感式发光二极管驱动器是最理想的解决方案。电感升压驱动器的最大优点是可以驱动电流大幅的提升，最适用于需要采用大量发光二极管的灯光系统或利用发光二极管发光的闪光灯。这种驱动器的另一优点是可以在脉冲宽度调制(PWM)或脉冲频率调制(PFM)这两种模式之间不断进行切换，以便调节增益，改变发光二极管的亮度。采用电感升压转换器的发光二极管驱动器特征有二，其一是较低的发光二极管电压=功耗较低；其二是较低的发光二极管电压二效率不变。
例如串联式电路结构。串联一起的发光二极管：一条导线将所有发光二极管以一个紧接一个的方式串联一起，每一发光二极管的正极则连接另一发光二极管的负极。优点：只需一条输出引脚，而且保证所有驱动电流保持均匀。
2.3芯片举例
2.31适用于白光发光二极管闪光灯／电筒、并设有PWM控制功能的LM3224电感升压转换器LM3224。
主要特征
LM3224芯片是一款内置一个0.15W(典型值)、2.45A(典型值)开关的升压直流／直流转换器，其特点是不但可以通过引脚选择操作频率，而且还可将3.3V的电压转为8V、-8V及23V等多个电压输出。此外，由于这款芯片内置高电流开关，因此也可驱动闪光灯的高电流白光发光二极管。LM3224芯片有615kHz及1.25MHz两个开关频率可供选择，因此更容易将噪声滤除。这款芯片也设有外部补偿引脚，让用户可以灵活设定频率补偿，令输出端可以采用较小型的低等效串联电阻(ESR)陶瓷电容器。此外，这款芯片也设有外部软启动引脚，让用户可以控制启动过程，以免负载终端装置出现电压过冲。图3为LM3224引脚与应用示意图。
图3
2.32以统一亮度驱动6只白色LED的高效率、26V电流源
采用低截面电感和电容，DC-DC转换器提供87％的效率。MAXl599是大功率、升压型DC-DC转换器，能够以稳定的电流驱动白色LED，为PDA或蜂窝电话提供背光。它可驱动2到6只的LED串，或最多12只的多串LED。内部30V MOSFET开关可提供87％的转换效率，比传统的电荷泵倍压方案高40个百分点。固定的500kHz PWM开关频率，允许MAXl599采用小尺寸电感和微型0.1μF输出电容，而且输入纹波只有15mVp_p。图4为MAXl599引脚功能与应用示意图。
图4
该MAXl599其输入纹波仅15mVP-P；能直接PWM或模拟输入调节亮度；可调节亮度与无需RCR；又有过压保护与以统一亮度驱动多达6只白色LED。主要特征：内置30VMOSFET开关；驱动2到12只白色LED(每串最多6只LED)；零输入浪涌电流；使用小尺寸、低截面电感0.3μA关断电流；提供微小的3mmx3mmx0.8mmTQFN封装。
2.33设有内部补偿的1A恒-流降压发光二极管驱动器与应用
工作特征
LM3405A芯片是一款可输出1A恒流的降压发光二极管驱动器，其特点是设计简单，而且效率极高，是驱动高功率发光二极管的理想解决方案。这款芯片设有0.205V参考电压反馈控制功能，因此可将功耗减至最少，另外还可通过外置电阻设定电流大小，以驱动不同类型的发光二极管。开关频率可内部设定为7.6MHz。
LM3405A芯片设有电流模式控制及内部补偿功能，不但非常容易使用，而且还可在多种不同的操作情况下执行稳压功能，发挥不会令人失望的极高性能。这款芯片可以利用高达22V的输入电压提供1A的正向电流，驱动多达5个串联一起的高亮度发光二极管，而每一发光二极管的正向电压约为3.7V。此外这款芯片还设有用户可随时使用的EN／DIM引脚，以便启动允许功能及执行PWM调光控制功能，以调控发光二极管的亮度，其他的功能则包括过热停机、每周期限流及过流保护等功能。 图5为LM3405A芯片的典型应用电路图。
图5
应用LM3405A为MR16发光二极管灯泡的驱动器
方案简介：这是一款符合MRl6大小标准的发光二极管灯泡电路设计(见图6所示)并可用以取代石英灯灯泡。所以这款电路可以利用12V的交流电源提供600mA的恒定电流，以驱动高亮度的发光二极管。
技术规格：当输入最低输入电压为10.8V(交流电)时，则输出电压为1：3.8V；当最高输入电压为13.2V(交流电) 时，则输出电流1：0.6A。
主要特征：这款应用电路(见图6所示)采用LM3405A电流模式控制降压开关稳压器作为发光二极管的驱动器。这款采用小型SOT23封装的稳压器可以驱动高功率的发光二极管，而且正向电压可达3.8V(典型值)。
可以利用0.205V的参考电压进行反馈控制，以便将功耗减至最少，并根据实际需要利用外置电阻设定电流大小，以驱动不同类型的发光二极管。
由于MRl6灯泡必须采用12V交流电的输入电压，因此这款电路必须加设桥接整流器，以便通过整流将输入的交流电转为直流电平，这样才可为LM3405A发光二极管驱动器提供电电流。由于LM3405A芯片适用于3V(直流)至22V(直流)的广阔输入电压范围，因此只要采用极小型的输入电容器便可长时间连续不断操作。由于开关频率可以内部设定为7.6MHz，因此系统可以采用极小型的表面贴装电感器及芯片电容器。
由于有以上的优点，因此印制电路板可以尽量缩小，确保其大小符合MRl6灯泡的严格规定，令LM3405A成为这类应用的理想发光二极管驱动器。图6为MR16的应用电路图。
图6
3、汽车灯光系统中驱动降压转换器的应用
3.1可以驱动一至两个高亮度1W发光二极管的汽车灯光系统降压转换器LM5007的应用
方案简介：采用这款电路的照明系统(见图7所示)可取代只有一条钨丝的钨丝灯泡，最适用于汽车尾灯、制动灯、左右转向信号灯、倒车灯或车厢照明灯(车顶灯、阅读灯)；设计上，这是一款简单的降压稳流器，可以利用9V至40V的输入电压输出350mA的恒定电流，以驱动一至两个1W的发光二极管；最适用于采用8V至16V电池的标准型号轿车和货车，也适用于集装箱货车、拖车、铲车和采用16V至32V双铅离子酸性电池系统的其他车辆。
技术规格：当输入为最低输入电压=9.0V时，则输出电压1=2.3V(典型值)；当为最高输入电压=40.0V时，则输出电流1=0.35A。
主要特征：这款设计基本上利用LM5007MM芯片降低输入电压，而LM5007MM是一款采用MSOP—8封装，并内置0.7AN-FET开关的降压开关稳压器，可将9.0V至40V的输入电压降至发光二极管所要求的2.3V电压(典型值)；若发光二极管已连接，而输出电压升至大约2.3V时，发光二极管便会启动，令电流流入Rset；SOT-5 LM321MF芯片以及Rf和同增益电阻可将Ri的电压放大35倍，因此当350mA电流流入发光二极管时，Rf和Rff电阻之间的电路便会产生2.45V的电压，而LM5007芯片内置的反馈比较器可以利用这个2.45V电压将流入发光二极管的电流加以稳定,确保电流恒定不变；LM5007芯片可以承受高达75V的输入电压，因此无需为防范高达75V的“负载断电”(10addump)事件而加强系统保护；只要将信号电平NFET置于RON引脚与接地之间，并以PWM信号驱动栅极，便可利用PWM输入信号控制发光二极管的光暗。
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