前言
隨著白光LED的發展，它的應用越來越廣。從前，白光LED最常見的應用是作為小尺寸LCD彩屏的背光。現在白光LED的亮度加大，它的應用已普及到其它方面，例如手電筒或手機照相輔助照明。本文介紹一種利用普通的升壓芯片來驅動大電流LED的高效電路。
電路設計
一般白光LED的電流在20mA 左右，但高亮度的LED需要200~300mA 電流。如果產品需要用三至四顆高亮度的白光LED，為了亮度平均，一般的做法都是把它們串連接在一起。市場上絕大部分的白光LED驅動芯片都只能驅動 20mA左右。碰上串聯大電流LED的應用便要另想辦法。 Intersil 的EL7516是一顆典型的升壓芯片，此芯片工作于1.2MHz 定頻PWM模式，內置1.5A,200mΩ MOSFET。圖1示出EL7516的典型應用電路。通過DC-DC升壓作用，EL7516將2.7~5.5V輸入轉化成12V的恒定電壓。跟一般PWM控制芯片一樣， FB引腳是接到與1.3V比較的誤差放大器。通過選定R1, R2的電阻值來設置輸出電壓。
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圖1 EL7516的升壓應用電路 |
將EL7516的恒壓電路改成驅動LED的恒流電路是非常簡單的。如圖2所示，只要將在FB端的R1換成LED，改變R2就可以調節通過LED的電流。可從下式選定R2值：R2=VFB/Iled其中VFB是FB引腳的電壓，即1.3V；Iled是通過LED的電流。
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圖2 標準的LED驅動電路 |
若Iled的要求為300mA，那么R2需要4.3W，如圖3所示。
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圖3 EL7516用于驅動4個高亮度白光LED |
關于圖3的電路，最大的缺點在于R2的損耗。R2通過300mA時，電阻的功耗接近0.39W。這樣大的功耗不但影響效率，也須要用體積比較大的電阻，才能接受0.39W的熱量。一般來說，這些應用都是電池供電的，效率及線路PCB空間要求都比較嚴格，現在讓我們看看怎樣提高此線路的效率。
圖4示出改善電路。比較圖3, 圖4增加了兩個元件—R3及D1。無論電路怎樣改動，EL7516都會調節占空比使到FB的電壓維持1.3V。假設D1的正向導通壓降是0.6V，R2的壓降便約0.7V。要保持300mA LED電流，R2可選用2.3Ω。而R2的功耗亦從原來的0.39W降至0.21W。雖然功耗已降低，但R2也得用半瓦電阻來實現這種電路。
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圖4 改善線路一 |
圖5示出了進一步的改善方法。一個廉價的TL431加進電路里作為2.5V的基準源。如前所述，EL7516會保持FB在1.3V；所以通過 R4的電流是: (2.5-1.3)/20k=60mA。因FB是一高阻抗引腳，我們假設這60mA全數流入R5而做成同樣1.2V壓降。剩下的0.1V，會由R2來完成。為了方便購買，我們把R2選定為 0.39Ω。所以通過LED的電流約為: 0.1/0.39 = 255mA。R2的功耗亦大幅降低至: 0.1×0.255 = 26mW。
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圖5 改善線路二 |
通過實驗，我們得出圖3與圖5的效率比較結果(表1)。
結語
從以上實驗可以見到，只要在電路上稍作改動，可大大提高高電流LED的工作效率。實驗中，我們用5V輸入。實際的應用很可能是單個鋰電池供電。EL7516最低工作電壓為2.3V，所以適用于單個鋰電池供電。但EL7516 內置MOSFET有峰值電流(1.3A min)保護，如鋰電池電壓掉到3V以下，驅動四顆LED有可能觸發電流保護。如須要在3V以下工作，最好把輸出減少為三顆LED。
參考文獻：
1. Intersil EL7516 datasheet
2. Luxpia LUXPHERION LL1.0 High Power LED datasheet