摘   要：在简要介绍超高亮LED的特点以及特性的基础上，详细介绍了LED的电阻限流、线性调节器和

开关调节器等驱动方式，在此基础上介绍了超高亮LED的驱动芯片MLX10801的功能和应用。并给出了

当前主要超高亮LED驱动芯片的主要特点。

关键词：发光二极管：超高亮：恒流驱动

引言

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)发明于20世纪60年代，它是利用半导体材料中的电子和空穴相互结

合并释放出能量，使得能量带(Energy Gat，)位阶改变，以发光显示其所释放出的能量。LED具有体积小、

寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速率快、耐震性佳等优点，被广泛应用于信号指示、数码显示等领域。

随着技术的不断进步，超高亮LED的研制得到了成功，尤其是白光LED的研制成功，使得它越来越多地用在

彩灯装饰、甚至照明领域。

1、超高亮LED的特点

与传统的照明灯相比，超高亮LED具有如下优点：

1)寿命长，可靠耐用，维护费用极为低廉LED可连续使用105h，比普通白炽灯泡长100倍；

2)高效率现在已经可以达到201m／w．预计到2005年将达到501m／W[1]，LED)的光谱几乎全部集中于可见

光频段，其发光效率可达80％～90％，LED比节能灯还要节能1／4；

3)色彩鲜艳，光色单纯 以12英寸的红色交通信号灯为例，它采用低光效的140W白炽灯作为光源，所产生的

2000lm的白光经红色滤光片后，光损失90％，只剩下2001m的红光，而在Lumileds Lighting公司采用18个红色

LED光源设计的灯中，包括电路损失在内，仅耗电14W，即可产生同样的光效；

4)点亮速度快 汽车信号灯是LED光源应用的一个重要领域，由于LED响应速度快(ns级)，在汽车上安装高位

LED刹车灯，可以减少汽车追尾事故的发生。

近年来高亮LED已经在汽车的近光灯中得到了应用，例如德国奥迪公司的奥迪A86.O，意大利Fioravanti公司

在2003年日内瓦车展上推出的概念车Yak，美国福特公司不久前在底特律车展上推出的Model U都开始将高

亮LED用于前照灯的设计中。

尽管超高亮LED具有许多优点，但目前仍存在下述缺点：

1)功率低市面上的单体LED功率一般在5W以下，还没有出现更大功率的LED，这是目前LED难以成为照明首

选的最大瓶颈；

2)需要严格控制温度 LED是一种半导体材料，与普通二极管一样具有PN结，由于高亮二极管的功率相对比

较大，所以与功率半导体器件相同，需要考虑散热问题，结温过高会直接影响LED的寿命，并且会增大LED

的光衰，情况严重的会将LED烧坏；

3)价格高除了功率低，价格是LED难以成为照明的主要因素，虽然LED目前已被大多数人认识，也被多数人

看好，但其高昂的价格难以被消费者接受，目前单体黄色LED大约O．6元／个，绿色与蓝色单体LED在1．8

元／个左右，白色LED的价格达到了2.2～5.5元／个左右；如果将几十个单体LED组合，其成本将大大增加,

如把一个LED安装在草坪灯里，其单价就相当于一般草坪灯的几倍，LED要成为未来照明的主流光源，就一定

要朝着大流明方向发展，成本才有可能降低，市场才有可能突破。

2、超高亮LED的特性

HPWA-xH00是Lumileds Lighting公司的一种超高亮LED，本文以它为例分析超高亮LED的特性。图1为

正向压降(VF)和正向电流的(IF)关系曲线，由曲线可知，当正向电压超过某个阈值(约2V)，即通常所说的

导通电压之后，可近似认为，IF与VF成正比。表1是当前主要超高亮LED的电气特性。由表1可知，

当前超高亮LED的最高IF可达1A，而VF通常为3～4V。

    由于LED的光特性通常都描述为电流的函数，而不是电压的函数，光通量(φV)与IF的关系曲线如图2所示，

因此，采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外，由表1可知LED的正向压降变化范围比较大

(最大可达1V以上)，而由图1中的VF-IF曲线可知，VF的微小变化会引起较大的，IF变化，

从而引起亮度的较大变化。所以,采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的可靠性、

寿命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驱动。

    图3是HPWA-xH00 LED的温度与光通量(φV)关系曲线，由图3可知光通量与温度成反比，

85℃时的光通量是25℃时的一半，而一40℃时光输出是25℃时的1．8倍。

温度的变化对LFD的波长也有一定的影响，因此，良好的散热是LED保持恒定亮度的保证。

3 超高亮LED的驱动电路
    由于受到LED功率水平的限制，通常需同时驱动多个LED以满足亮度需求，

因此，需要专门的驱动电路来点亮LED。下面简要介绍LED驱动的主要电路。

3．1 阻限流电路
    如图4所示，电阻限流驱动电路是最简单的驱动电路，限流电阻按式(1)计算。

式中：Vin为电路的输入电压：
      VF为IED的正向电流；
      VF为LED在正向电流为，IF时的压降；
      VD为防反二极管的压降(可选)；
      y为每串LED的数目；
      x为并联LED的串数。
    由图1可得LED的线性化数学模型为

   
式中：Vo为单个LED的开通压降；
      Rs为单个LED的线性化等效串联电阻。
    则式(1)限流电阻的计算可写为

   
    当电阻选定后，电阻限流电路的IF与VF的关系为

   
    由式(4)可知电阻限流电路简单，但是，在输入电压波动时，通过LED的电流也会跟随变化，

因此调节性能差。另外，由于电阻R的接人损失的功率为xRIF，因此效率低。

3．2线性调节器
    线性调节器的核心是利用工作于线性区的功率三极管或MOSFFET作为一动态可调电阻来控制负载。

线性调节器有并联型和串联型两种。

    图5(a)所示为并联型线性调节器又称为分流调节器(图中仅画出了一个LED，

实际上负载可以是多个LED串联，下同)，它与LED并联，当输入电压增大或者LED)减少时，

通过分流调节器的电流将会增大，这将会增大限流电阻上的压降，以使通过LED的电流保持恒定。

    由于分流调节器需要串联一个电阻，所以效率不高，并且在输入电压变化范围比较宽的情况

下很难做到恒定的调节。

    图5(b)所示为串联型调节器，当输入电压增大时，调节动态电阻增大，以保持LED上的电压(电流)恒定。

    由于功率三极管或MOSFET管都有一个饱和导通电压，因此，

输入的最小电压必须大于该饱和电压与负载电压之和，电路才能正确地工作。

3．3开关调节器
    上述驱动技术不但受输入电压范围的限制，而且效率低。在用于低功率的普通LED驱动时，

由于电流只有几个mA，因此损耗不明显，当用作电流有几百mA甚至更高的高亮LED的驱动时，

功率电路的损耗就成了比较严重的问题。开关电源是目前能量变换中效率最高的，

可以达到90％以上。Buek、Boost和Buck-Boost等功率变换器都可以用于LED的驱动，

只是为了满足LED的恒流驱动，采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制。

    图6(a)为采用Buck变换器的LED驱动电路，与传统的Buek变换器不同，开关管S移到电感L的后面，

使得S源极接地，从而方便了S的驱动，LED与L串联，而续流二极管D与该串联电路反并联，

该驱动电路不但简单而且不需要输出滤波电容，降低了成本。但是，Buck变换器是降压变换器，

不适用于输入电压低或者多个LED串联的场合。

    图6(b)为采用Boost变换器的LED驱动电路，通过电感储能将输出电压泵至比输入电压更高的期望值，

实现在低输入电压下对LED的驱动。

    图6(c)为采用Buck—Boost变换器的LED驱动电路。与Buek电路相似，该电路S的源极可以直接接地，

从而方便了S的驱动。Boost和 Buck-Boosl变换器虽然比Buck变换器多一个电容，但是，

它们都可以提升输出电压的绝对值，因此，在输入电压低，并且需要驱动多个LED时应用较多。

4 超高亮LED的驱动控制芯片介绍
    根据高亮LED大功率恒流驱动的特点，很多公司都推出了高亮LED的专用驱动控制芯片，

例如：Melexis、lnfinton(英飞凌)、Lienear Technology(凌特)、Supenex Inc、Analog。Devices(ADI)等。

4．1 MLxl0801芯片介绍
    MLXl0801是Melexi8公刊的一款针对汽车应用的LED驱动芯片，该芯片还可以用于继电器等线圈的驱动，

以及用作电子熔断器。MLx10801芯片的原理框图如图7所示，它集成了功率MOSFET，

最大驱动电流为350mA。用作LED驱动时，它具有如下特点：
    —外邵应用电路简单；
    —内部／外部温度检测保护；
    —高效率的开关电源驱动；
    —可以通过PWM输入控制亮度；
    —LED的参数可以调节并可以存储到片内NV存储器中。
    MLX10801虽然仅有8个管脚，但功能强大，表2为MLXl0801的管脚功能介绍。

    图8为MlJXl0801的典型应用电路，LED、L、D2、Rsense和MLXl0801内集成的MOSFET组成

一个典型的Buck型LED驱动电路。图8中的LED可以根据亮度需要采用多个LEI)串联。

MLXl0801通过检测Rsense上的电压来检测通过LED的峰值电流，将该电流值与设定的基准值比较，

通过控制脚DRV0UT的脉宽，来控制LED电流的大小。CONTR可以用作外部的开／关控制，

或者输入PWM信号来控制LED闪烁。当不需要控制时，可以将该管脚通过电阻R与脚VS相连。

DSENSE用于连接外部的热敏电阻检测LED温度，保护IED。虽然MLXl0801芯片内部具有内置热敏电阻，

但是，为了保证芯片与LED相距较远时仍能够正确检测到温度，

MIX10801仍然设置了脚DSENSE来实现远距离温度的检测。脚CALIB用来与控制器通讯，

用于接受控制器设定LED的电流、允许最高温度、采用内部温度检测还是外部温度检测、

是否防抖、软启动时间等参数。

4.2 大功率LED驱动芯片的比较
    表3所列为当前主要大功率IED驱动控制芯片性能比较，在应用大功率IED驱动控制芯片时，

可以依据不同的应用场合进行选择：

    1)当需要较高功率时可选择功率器件没有集成在芯片内的控制器，

这样就可以按照实际的功率需求单独选择功率器件；

    2)当需要较高的变换效率时，如便携式设备等，可选择开关电源类的驱动电路；
    3)当应用于可靠性高的设备中，可选择具有温度保护、故障报警等控制功能全面的芯片。

5 结语
    随着技术的进步，超高亮LED的功率会进一步提高，成本也会降低，

高效节能的超高亮LED必将广泛应用于照明领域。而低成本，高可靠性的驱动电路，

是保证LED具有持久亮度的关键。

摘   要：在简要介绍超高亮LED的特点以及特性的基础上，详细介绍了LED的电阻限流、线性调节器和

开关调节器等驱动方式，在此基础上介绍了超高亮LED的驱动芯片MLX10801的功能和应用。并给出了

当前主要超高亮LED驱动芯片的主要特点。

关键词：发光二极管：超高亮：恒流驱动

引言

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)发明于20世纪60年代，它是利用半导体材料中的电子和空穴相互结

合并释放出能量，使得能量带(Energy Gat，)位阶改变，以发光显示其所释放出的能量。LED具有体积小、

寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速率快、耐震性佳等优点，被广泛应用于信号指示、数码显示等领域。

随着技术的不断进步，超高亮LED的研制得到了成功，尤其是白光LED的研制成功，使得它越来越多地用在

彩灯装饰、甚至照明领域。

1、超高亮LED的特点

与传统的照明灯相比，超高亮LED具有如下优点：

1)寿命长，可靠耐用，维护费用极为低廉LED可连续使用105h，比普通白炽灯泡长100倍；

2)高效率现在已经可以达到201m／w．预计到2005年将达到501m／W[1]，LED)的光谱几乎全部集中于可见

光频段，其发光效率可达80％～90％，LED比节能灯还要节能1／4；

3)色彩鲜艳，光色单纯 以12英寸的红色交通信号灯为例，它采用低光效的140W白炽灯作为光源，所产生的

2000lm的白光经红色滤光片后，光损失90％，只剩下2001m的红光，而在Lumileds Lighting公司采用18个红色

LED光源设计的灯中，包括电路损失在内，仅耗电14W，即可产生同样的光效；

4)点亮速度快 汽车信号灯是LED光源应用的一个重要领域，由于LED响应速度快(ns级)，在汽车上安装高位

LED刹车灯，可以减少汽车追尾事故的发生。

近年来高亮LED已经在汽车的近光灯中得到了应用，例如德国奥迪公司的奥迪A86.O，意大利Fioravanti公司

在2003年日内瓦车展上推出的概念车Yak，美国福特公司不久前在底特律车展上推出的Model U都开始将高

亮LED用于前照灯的设计中。

尽管超高亮LED具有许多优点，但目前仍存在下述缺点：

1)功率低市面上的单体LED功率一般在5W以下，还没有出现更大功率的LED，这是目前LED难以成为照明首

选的最大瓶颈；

2)需要严格控制温度 LED是一种半导体材料，与普通二极管一样具有PN结，由于高亮二极管的功率相对比

较大，所以与功率半导体器件相同，需要考虑散热问题，结温过高会直接影响LED的寿命，并且会增大LED

的光衰，情况严重的会将LED烧坏；

3)价格高除了功率低，价格是LED难以成为照明的主要因素，虽然LED目前已被大多数人认识，也被多数人

看好，但其高昂的价格难以被消费者接受，目前单体黄色LED大约O．6元／个，绿色与蓝色单体LED在1．8

元／个左右，白色LED的价格达到了2.2～5.5元／个左右；如果将几十个单体LED组合，其成本将大大增加,

如把一个LED安装在草坪灯里，其单价就相当于一般草坪灯的几倍，LED要成为未来照明的主流光源，就一定

要朝着大流明方向发展，成本才有可能降低，市场才有可能突破。

2、超高亮LED的特性

HPWA-xH00是Lumileds Lighting公司的一种超高亮LED，本文以它为例分析超高亮LED的特性。图1为

正向压降(VF)和正向电流的(IF)关系曲线，由曲线可知，当正向电压超过某个阈值(约2V)，即通常所说的

导通电压之后，可近似认为，IF与VF成正比。表1是当前主要超高亮LED的电气特性。由表1可知，

当前超高亮LED的最高IF可达1A，而VF通常为3～4V。

    由于LED的光特性通常都描述为电流的函数，而不是电压的函数，光通量(φV)与IF的关系曲线如图2所示，

因此，采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外，由表1可知LED的正向压降变化范围比较大

(最大可达1V以上)，而由图1中的VF-IF曲线可知，VF的微小变化会引起较大的，IF变化，

从而引起亮度的较大变化。所以,采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的可靠性、

寿命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驱动。

    图3是HPWA-xH00 LED的温度与光通量(φV)关系曲线，由图3可知光通量与温度成反比，

85℃时的光通量是25℃时的一半，而一40℃时光输出是25℃时的1．8倍。

温度的变化对LFD的波长也有一定的影响，因此，良好的散热是LED保持恒定亮度的保证。

3 超高亮LED的驱动电路
    由于受到LED功率水平的限制，通常需同时驱动多个LED以满足亮度需求，

因此，需要专门的驱动电路来点亮LED。下面简要介绍LED驱动的主要电路。

3．1 阻限流电路
    如图4所示，电阻限流驱动电路是最简单的驱动电路，限流电阻按式(1)计算。

式中：Vin为电路的输入电压：
      VF为IED的正向电流；
      VF为LED在正向电流为，IF时的压降；
      VD为防反二极管的压降(可选)；
      y为每串LED的数目；
      x为并联LED的串数。
    由图1可得LED的线性化数学模型为

   
式中：Vo为单个LED的开通压降；
      Rs为单个LED的线性化等效串联电阻。
    则式(1)限流电阻的计算可写为

   
    当电阻选定后，电阻限流电路的IF与VF的关系为

   
    由式(4)可知电阻限流电路简单，但是，在输入电压波动时，通过LED的电流也会跟随变化，

因此调节性能差。另外，由于电阻R的接人损失的功率为xRIF，因此效率低。

3．2线性调节器
    线性调节器的核心是利用工作于线性区的功率三极管或MOSFFET作为一动态可调电阻来控制负载。

线性调节器有并联型和串联型两种。

    图5(a)所示为并联型线性调节器又称为分流调节器(图中仅画出了一个LED，

实际上负载可以是多个LED串联，下同)，它与LED并联，当输入电压增大或者LED)减少时，

通过分流调节器的电流将会增大，这将会增大限流电阻上的压降，以使通过LED的电流保持恒定。

    由于分流调节器需要串联一个电阻，所以效率不高，并且在输入电压变化范围比较宽的情况

下很难做到恒定的调节。

    图5(b)所示为串联型调节器，当输入电压增大时，调节动态电阻增大，以保持LED上的电压(电流)恒定。

    由于功率三极管或MOSFET管都有一个饱和导通电压，因此，

输入的最小电压必须大于该饱和电压与负载电压之和，电路才能正确地工作。

3．3开关调节器
    上述驱动技术不但受输入电压范围的限制，而且效率低。在用于低功率的普通LED驱动时，

由于电流只有几个mA，因此损耗不明显，当用作电流有几百mA甚至更高的高亮LED的驱动时，

功率电路的损耗就成了比较严重的问题。开关电源是目前能量变换中效率最高的，

可以达到90％以上。Buek、Boost和Buck-Boost等功率变换器都可以用于LED的驱动，

只是为了满足LED的恒流驱动，采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制。

    图6(a)为采用Buck变换器的LED驱动电路，与传统的Buek变换器不同，开关管S移到电感L的后面，

使得S源极接地，从而方便了S的驱动，LED与L串联，而续流二极管D与该串联电路反并联，

该驱动电路不但简单而且不需要输出滤波电容，降低了成本。但是，Buck变换器是降压变换器，

不适用于输入电压低或者多个LED串联的场合。

    图6(b)为采用Boost变换器的LED驱动电路，通过电感储能将输出电压泵至比输入电压更高的期望值，

实现在低输入电压下对LED的驱动。

    图6(c)为采用Buck—Boost变换器的LED驱动电路。与Buek电路相似，该电路S的源极可以直接接地，

从而方便了S的驱动。Boost和 Buck-Boosl变换器虽然比Buck变换器多一个电容，但是，

它们都可以提升输出电压的绝对值，因此，在输入电压低，并且需要驱动多个LED时应用较多。

4 超高亮LED的驱动控制芯片介绍
    根据高亮LED大功率恒流驱动的特点，很多公司都推出了高亮LED的专用驱动控制芯片，

例如：Melexis、lnfinton(英飞凌)、Lienear Technology(凌特)、Supenex Inc、Analog。Devices(ADI)等。

4．1 MLxl0801芯片介绍
    MLXl0801是Melexi8公刊的一款针对汽车应用的LED驱动芯片，该芯片还可以用于继电器等线圈的驱动，

以及用作电子熔断器。MLx10801芯片的原理框图如图7所示，它集成了功率MOSFET，

最大驱动电流为350mA。用作LED驱动时，它具有如下特点：
    —外邵应用电路简单；
    —内部／外部温度检测保护；
    —高效率的开关电源驱动；
    —可以通过PWM输入控制亮度；
    —LED的参数可以调节并可以存储到片内NV存储器中。
    MLX10801虽然仅有8个管脚，但功能强大，表2为MLXl0801的管脚功能介绍。

    图8为MlJXl0801的典型应用电路，LED、L、D2、Rsense和MLXl0801内集成的MOSFET组成

一个典型的Buck型LED驱动电路。图8中的LED可以根据亮度需要采用多个LEI)串联。

MLXl0801通过检测Rsense上的电压来检测通过LED的峰值电流，将该电流值与设定的基准值比较，

通过控制脚DRV0UT的脉宽，来控制LED电流的大小。CONTR可以用作外部的开／关控制，

或者输入PWM信号来控制LED闪烁。当不需要控制时，可以将该管脚通过电阻R与脚VS相连。

DSENSE用于连接外部的热敏电阻检测LED温度，保护IED。虽然MLXl0801芯片内部具有内置热敏电阻，

但是，为了保证芯片与LED相距较远时仍能够正确检测到温度，

MIX10801仍然设置了脚DSENSE来实现远距离温度的检测。脚CALIB用来与控制器通讯，

用于接受控制器设定LED的电流、允许最高温度、采用内部温度检测还是外部温度检测、

是否防抖、软启动时间等参数。

4.2 大功率LED驱动芯片的比较
    表3所列为当前主要大功率IED驱动控制芯片性能比较，在应用大功率IED驱动控制芯片时，

可以依据不同的应用场合进行选择：

    1)当需要较高功率时可选择功率器件没有集成在芯片内的控制器，

这样就可以按照实际的功率需求单独选择功率器件；

    2)当需要较高的变换效率时，如便携式设备等，可选择开关电源类的驱动电路；
    3)当应用于可靠性高的设备中，可选择具有温度保护、故障报警等控制功能全面的芯片。

5 结语
    随着技术的进步，超高亮LED的功率会进一步提高，成本也会降低，

高效节能的超高亮LED必将广泛应用于照明领域。而低成本，高可靠性的驱动电路，

是保证LED具有持久亮度的关键。

摘   要：在简要介绍超高亮LED的特点以及特性的基础上，详细介绍了LED的电阻限流、线性调节器和

开关调节器等驱动方式，在此基础上介绍了超高亮LED的驱动芯片MLX10801的功能和应用。并给出了

当前主要超高亮LED驱动芯片的主要特点。

关键词：发光二极管：超高亮：恒流驱动

引言

发光二极管(Light Emitting Diode，LED)发明于20世纪60年代，它是利用半导体材料中的电子和空穴相互结

合并释放出能量，使得能量带(Energy Gat，)位阶改变，以发光显示其所释放出的能量。LED具有体积小、

寿命长、驱动电压低、耗电量低、反应速率快、耐震性佳等优点，被广泛应用于信号指示、数码显示等领域。

随着技术的不断进步，超高亮LED的研制得到了成功，尤其是白光LED的研制成功，使得它越来越多地用在

彩灯装饰、甚至照明领域。

1、超高亮LED的特点

与传统的照明灯相比，超高亮LED具有如下优点：

1)寿命长，可靠耐用，维护费用极为低廉LED可连续使用105h，比普通白炽灯泡长100倍；

2)高效率现在已经可以达到201m／w．预计到2005年将达到501m／W[1]，LED)的光谱几乎全部集中于可见

光频段，其发光效率可达80％～90％，LED比节能灯还要节能1／4；

3)色彩鲜艳，光色单纯 以12英寸的红色交通信号灯为例，它采用低光效的140W白炽灯作为光源，所产生的

2000lm的白光经红色滤光片后，光损失90％，只剩下2001m的红光，而在Lumileds Lighting公司采用18个红色

LED光源设计的灯中，包括电路损失在内，仅耗电14W，即可产生同样的光效；

4)点亮速度快 汽车信号灯是LED光源应用的一个重要领域，由于LED响应速度快(ns级)，在汽车上安装高位

LED刹车灯，可以减少汽车追尾事故的发生。

近年来高亮LED已经在汽车的近光灯中得到了应用，例如德国奥迪公司的奥迪A86.O，意大利Fioravanti公司

在2003年日内瓦车展上推出的概念车Yak，美国福特公司不久前在底特律车展上推出的Model U都开始将高

亮LED用于前照灯的设计中。

尽管超高亮LED具有许多优点，但目前仍存在下述缺点：

1)功率低市面上的单体LED功率一般在5W以下，还没有出现更大功率的LED，这是目前LED难以成为照明首

选的最大瓶颈；

2)需要严格控制温度 LED是一种半导体材料，与普通二极管一样具有PN结，由于高亮二极管的功率相对比

较大，所以与功率半导体器件相同，需要考虑散热问题，结温过高会直接影响LED的寿命，并且会增大LED

的光衰，情况严重的会将LED烧坏；

3)价格高除了功率低，价格是LED难以成为照明的主要因素，虽然LED目前已被大多数人认识，也被多数人

看好，但其高昂的价格难以被消费者接受，目前单体黄色LED大约O．6元／个，绿色与蓝色单体LED在1．8

元／个左右，白色LED的价格达到了2.2～5.5元／个左右；如果将几十个单体LED组合，其成本将大大增加,

如把一个LED安装在草坪灯里，其单价就相当于一般草坪灯的几倍，LED要成为未来照明的主流光源，就一定

要朝着大流明方向发展，成本才有可能降低，市场才有可能突破。

2、超高亮LED的特性

HPWA-xH00是Lumileds Lighting公司的一种超高亮LED，本文以它为例分析超高亮LED的特性。图1为

正向压降(VF)和正向电流的(IF)关系曲线，由曲线可知，当正向电压超过某个阈值(约2V)，即通常所说的

导通电压之后，可近似认为，IF与VF成正比。表1是当前主要超高亮LED的电气特性。由表1可知，

当前超高亮LED的最高IF可达1A，而VF通常为3～4V。

    由于LED的光特性通常都描述为电流的函数，而不是电压的函数，光通量(φV)与IF的关系曲线如图2所示，

因此，采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外，由表1可知LED的正向压降变化范围比较大

(最大可达1V以上)，而由图1中的VF-IF曲线可知，VF的微小变化会引起较大的，IF变化，

从而引起亮度的较大变化。所以,采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的可靠性、

寿命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驱动。

    图3是HPWA-xH00 LED的温度与光通量(φV)关系曲线，由图3可知光通量与温度成反比，

85℃时的光通量是25℃时的一半，而一40℃时光输出是25℃时的1．8倍。

温度的变化对LFD的波长也有一定的影响，因此，良好的散热是LED保持恒定亮度的保证。

3 超高亮LED的驱动电路
    由于受到LED功率水平的限制，通常需同时驱动多个LED以满足亮度需求，

因此，需要专门的驱动电路来点亮LED。下面简要介绍LED驱动的主要电路。

3．1 阻限流电路
    如图4所示，电阻限流驱动电路是最简单的驱动电路，限流电阻按式(1)计算。

式中：Vin为电路的输入电压：
      VF为IED的正向电流；
      VF为LED在正向电流为，IF时的压降；
      VD为防反二极管的压降(可选)；
      y为每串LED的数目；
      x为并联LED的串数。
    由图1可得LED的线性化数学模型为

   
式中：Vo为单个LED的开通压降；
      Rs为单个LED的线性化等效串联电阻。
    则式(1)限流电阻的计算可写为

   
    当电阻选定后，电阻限流电路的IF与VF的关系为

   
    由式(4)可知电阻限流电路简单，但是，在输入电压波动时，通过LED的电流也会跟随变化，

因此调节性能差。另外，由于电阻R的接人损失的功率为xRIF，因此效率低。

3．2线性调节器
    线性调节器的核心是利用工作于线性区的功率三极管或MOSFFET作为一动态可调电阻来控制负载。

线性调节器有并联型和串联型两种。

    图5(a)所示为并联型线性调节器又称为分流调节器(图中仅画出了一个LED，

实际上负载可以是多个LED串联，下同)，它与LED并联，当输入电压增大或者LED)减少时，

通过分流调节器的电流将会增大，这将会增大限流电阻上的压降，以使通过LED的电流保持恒定。

    由于分流调节器需要串联一个电阻，所以效率不高，并且在输入电压变化范围比较宽的情况

下很难做到恒定的调节。

    图5(b)所示为串联型调节器，当输入电压增大时，调节动态电阻增大，以保持LED上的电压(电流)恒定。

    由于功率三极管或MOSFET管都有一个饱和导通电压，因此，

输入的最小电压必须大于该饱和电压与负载电压之和，电路才能正确地工作。

3．3开关调节器
    上述驱动技术不但受输入电压范围的限制，而且效率低。在用于低功率的普通LED驱动时，

由于电流只有几个mA，因此损耗不明显，当用作电流有几百mA甚至更高的高亮LED的驱动时，

功率电路的损耗就成了比较严重的问题。开关电源是目前能量变换中效率最高的，

可以达到90％以上。Buek、Boost和Buck-Boost等功率变换器都可以用于LED的驱动，

只是为了满足LED的恒流驱动，采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制。

    图6(a)为采用Buck变换器的LED驱动电路，与传统的Buek变换器不同，开关管S移到电感L的后面，

使得S源极接地，从而方便了S的驱动，LED与L串联，而续流二极管D与该串联电路反并联，

该驱动电路不但简单而且不需要输出滤波电容，降低了成本。但是，Buck变换器是降压变换器，

不适用于输入电压低或者多个LED串联的场合。

    图6(b)为采用Boost变换器的LED驱动电路，通过电感储能将输出电压泵至比输入电压更高的期望值，

实现在低输入电压下对LED的驱动。

    图6(c)为采用Buck—Boost变换器的LED驱动电路。与Buek电路相似，该电路S的源极可以直接接地，

从而方便了S的驱动。Boost和 Buck-Boosl变换器虽然比Buck变换器多一个电容，但是，

它们都可以提升输出电压的绝对值，因此，在输入电压低，并且需要驱动多个LED时应用较多。

4 超高亮LED的驱动控制芯片介绍
    根据高亮LED大功率恒流驱动的特点，很多公司都推出了高亮LED的专用驱动控制芯片，

例如：Melexis、lnfinton(英飞凌)、Lienear Technology(凌特)、Supenex Inc、Analog。Devices(ADI)等。

4．1 MLxl0801芯片介绍
    MLXl0801是Melexi8公刊的一款针对汽车应用的LED驱动芯片，该芯片还可以用于继电器等线圈的驱动，

以及用作电子熔断器。MLx10801芯片的原理框图如图7所示，它集成了功率MOSFET，

最大驱动电流为350mA。用作LED驱动时，它具有如下特点：
    —外邵应用电路简单；
    —内部／外部温度检测保护；
    —高效率的开关电源驱动；
    —可以通过PWM输入控制亮度；
    —LED的参数可以调节并可以存储到片内NV存储器中。
    MLX10801虽然仅有8个管脚，但功能强大，表2为MLXl0801的管脚功能介绍。

    图8为MlJXl0801的典型应用电路，LED、L、D2、Rsense和MLXl0801内集成的MOSFET组成

一个典型的Buck型LED驱动电路。图8中的LED可以根据亮度需要采用多个LEI)串联。

MLXl0801通过检测Rsense上的电压来检测通过LED的峰值电流，将该电流值与设定的基准值比较，

通过控制脚DRV0UT的脉宽，来控制LED电流的大小。CONTR可以用作外部的开／关控制，

或者输入PWM信号来控制LED闪烁。当不需要控制时，可以将该管脚通过电阻R与脚VS相连。

DSENSE用于连接外部的热敏电阻检测LED温度，保护IED。虽然MLXl0801芯片内部具有内置热敏电阻，

但是，为了保证芯片与LED相距较远时仍能够正确检测到温度，

MIX10801仍然设置了脚DSENSE来实现远距离温度的检测。脚CALIB用来与控制器通讯，

用于接受控制器设定LED的电流、允许最高温度、采用内部温度检测还是外部温度检测、

是否防抖、软启动时间等参数。

4.2 大功率LED驱动芯片的比较
    表3所列为当前主要大功率IED驱动控制芯片性能比较，在应用大功率IED驱动控制芯片时，

可以依据不同的应用场合进行选择：

    1)当需要较高功率时可选择功率器件没有集成在芯片内的控制器，

这样就可以按照实际的功率需求单独选择功率器件；

    2)当需要较高的变换效率时，如便携式设备等，可选择开关电源类的驱动电路；
    3)当应用于可靠性高的设备中，可选择具有温度保护、故障报警等控制功能全面的芯片。

5 结语
    随着技术的进步，超高亮LED的功率会进一步提高，成本也会降低，

高效节能的超高亮LED必将广泛应用于照明领域。而低成本，高可靠性的驱动电路，

是保证LED具有持久亮度的关键。