就在20多年前，Nichia推出了第一款氮化鎵（GaN）發光二極管（LED）。此舉開始廣泛使用具有成本效益的藍色LED。從那時起，GaN LED的輸出功率和光頻率都有所增加，這使得可以將這些器件與熒光粉結合使用作為照明源。

手機技術的采用推動了第一波基于GaN的LED，其中緊湊型器件在過去十年中開始取代體積更大，效率更低的熒光燈背光源。隨著技術的發展，它已經轉向需要更廣泛覆蓋的應用，從冷接收液晶電視中的陰極熒光背光源。這些大面積設計所需的大量LED在增加產量方面發揮了關鍵作用，并因此降低了制造成本。

IHS估計，2013年GaN器件占LED行業總收入的85％。基于LED的固態照明正在推動GaN進入其第三波應用領域。半導體制造的最新進展已經開始看到材料的變化，將GaN材料放在硅襯底上。這有助于進一步降低高功率白光LED的成本，并為家庭消費者帶來節能的LED照明，以及提高顯示器背光應用的效率。

然而，制造LED消費者可接受的照明，不僅必須具有成本效益，而且必須與現有解決方案一樣具有吸引力或更好。諸如調光性能和閃爍之類的考慮對于固態照明的感知非常重要。傳統的調光電路，例如基于三端雙向可控硅開關的調光電路，不適用于LED，但有一些方法可以解決這些問題，這些問題在Digi-Key文章“家居照明控制器提供調光兼容性”中有所描述。

For如果系統不需要使用傳統的三端雙向可控硅開關電路進行調光，或者針對白光GaN LED的許多其他應用，那么設計人員就有一個關鍵的決定。基于LED的照明系統的設計者可以選擇是使用恒壓還是恒流方式供電。通常，恒定電流用于為單個LED供電，并提供控制光輸出的有效方式。正向電流將決定LED的光輸出。為了提供恒定的光輸出，需要根據溫度降低電流。同樣重要的是不要過度驅動LED，因為這會縮短其壽命。恒流控制有助于確保實現這種情況。

對于照明和標牌應用，電源很少只能控制一個LED。相反，LED將以串聯或并聯配置布置，以產生所需的光強度和形狀。基本LED燈條由一組串聯的LED組成，其上方有一個限流電阻。然后將其與恒壓穩壓器一起使用，盡管限流電阻可能被電流調節器取代，以提高效率并在LED燈條之間獲得一致的亮度。

德州儀器TPS61060等設備，專為便攜式照明和背光應用，可用于電流或電壓調節。為了使器件進入電流調節，反饋引腳用于調節電流檢測電阻兩端的恒定電壓。在這種配置中，相同的電流通過LED流過檢測電阻，如圖1所示。對于電壓模式，檢測電阻被移除，相反，反饋引腳連接到分壓器，對輸出電壓進行采樣。結果

圖1：TI TPS61060的方框圖，顯示了使用檢測電阻（RS）。

TPS61060本身是一種高頻同步升壓轉換器，可提供靈活的電壓范圍來自典型的電池電源，可能從2.7 V到6 V。轉換器可以提供電流，最多可為五個白光LED供電。為了安全起見，該器件具有集成的過壓保護和短路保護，允許使用相對較小的外部元件，例如低額定電壓的電容。

TPS61060提供兩種控制亮度的方法。一種是使用使能引腳來幫助實現脈沖寬度調制（PWM）方案。當施加PWM信號時，當上拉使能時LED電流接通，當拉低時，LED電流接通。因此，改變PWM占空比會改變LED亮度。或者，可以使用ILED輸入引腳的信號實現對LED的數字亮度控制。該輸入饋送5位DAC，用于設置輸出電壓電平。為了保持引腳數減少，控制方案使用高邏輯信號和低邏輯信號的時序將輸出逐步推高或降低。在關機期間，為了節省電力，輸出與輸入斷開。這可以防止漏電流通過LED。

針對恒流應用進行了優化，飛兆半導體FAN5346可在2.5至5.5 V輸入電壓范圍內驅動多達5個串聯LED，輸出電壓高達20 V對于S30X型號，或者對于S30X版本，輸出電壓高達30 V的多達8個LED。與TPS61060類似，檢測電阻配置用于實現升壓轉換器的電流調節。

固定1.2 MHz開關頻率的選擇適合小型應用的設計，允許使用相對較小的無源器件組件。為了支持基于PWM的調光控制，FAN5346響應頻率范圍為5 kHz至100 kHz的信號發送到其使能引腳。

為了安全操作，FAN5346集成了過壓，過流，短路檢測和熱關斷保護。如果電池電壓過低，欠壓檢測器將觸發鎖定狀態。

電路板布局是LED電源的關鍵考慮因素，特別是在電感和電容支持組件的布局和布線方面。當電源以高頻操作時，布局需求增加，以便最小化無源元件尺寸。如果不仔細執行布局，可能會出現噪聲問題，這可能會增加閃爍和其他不良行為。

通常，輸入電容是開關降壓或升壓轉換器的重要組成部分，因為它有助于確保穩定的輸入來源交付給監管機構。當穩壓器工作時，它以高頻開關，使輸入電容上的負載迅速變化。電容器需要能夠保持足夠的能量，以最大限度地減少穩壓器輸入引腳的變化。為使電容快速響應，應盡量減少走線電阻，電感和電容。特別是走線電阻是一個潛在的問題，因為它會因I2R損耗而降低整體效率。此外，即使微量電感增加，也會增加輸出噪聲因此，輸入電容應盡可能靠近輸入引腳放置，以實現良好的輸入電壓濾波。同樣，電感應盡可能靠近輸入引腳放置，以盡量減少噪聲耦合。為輸出電容提供類似的用途，輸出電容應直接放置在輸出引腳和地之間，而不是放在LED之間，以減少紋波電流（存在于走線中），使其成為LED。

最后，檢測電阻還應具有到調節器的短路徑，因為它會將噪聲耦合到反饋引腳，如果噪聲太高，可能會導致不穩定的操作。一般來說，最好先對輸入和輸出電容，檢測電阻和電感走線進行布線，因為這些走線需要保持盡可能短，如圖2所示，以TI TPS61060為例。 》

圖2：調節器的布局考慮因素。粗線應首先布線并保持短路。

除消費和計算設備外，照明LED在汽車，船舶和航空航天系統等交通運輸應用中也越來越普遍，可靠運行的要求已轉化為附加功能。例如主動數字管理。例如，可以使用數字串行總線報告故障狀況，以確保駕駛員能夠清楚地看到儀表板上的控制。這種LED驅動器的一個例子是Microsemi LX2260。高亮度多通道LED驅動器專為高亮度LED背光與寬調光范圍相結合的應用而設計。

LX2260包含允許通過雙線串行總線接口報告故障狀況的電路。 I2C和SMBus兼容。報告的故障包括LED短路，LED開路和IC過溫指示燈，以及有關LED串電壓的信息。此外，通過使用外部熱敏電阻來檢測LED溫度，可以補償LED電流以保持在給定的LED溫度曲線內。

LX2260驅動器最多支持四個獨立的LED串，可以集成到系統中支持高達40 W.LX2260能夠根據瞬時輸入和輸出電壓要求自動調整其工作，以便在升壓，降壓 - 升壓或降壓 - 轉換器模式下工作。這允許器件自動保持最佳的LED電流調節。該器件非常適用于汽車應用，可提供外部可編程LED電流上升和下降時間，可用于優化系統EMI。支持高達25 kHz的PWM頻率以避免可聽見的噪聲。

LX2260控制的每個串的驅動電流最高可編程為500 mA，典型的通道間匹配精度在±1.5％以內。升壓轉換器的FET和每個LED電流吸收器都是外部的，以提供靈活性和可擴展性，以適應各種LED配置，并提供系統的最佳熱管理。

簡化便攜式系統，設備的設計例如Skyworks Solutions AAT3104使用單線串行接口從最多四個并聯的LED編程所需的亮度，每個LED使用恒流調節進行控制。電荷泵設計針對便攜式系統進行了優化，僅使用外部電容器，無需電感器。穩壓器工作在1 MHz，以控制噪聲并限制可能與RF操作相關的諧波，這對連接的移動設備非常重要為了設定亮度等級，Skyworks設計的S2Cwire接口使用一系列上升沿，最多32個，以半毫秒的暫停間隔。要關閉輸出，串行引腳需要保持低電平超過半毫秒。

為了驅動可用極低輸入電壓的LED，例如單個鋰電池，二極管ZXLD381提供85％的功率 - 轉換效率和驅動單個白光LED的能力。該設計使用基于脈沖的電路拓撲。當施加電源時，脈沖控制塊內的振蕩器迫使內部開關晶體管導通以開始能量充電循環。低飽和電壓開關將輸出引腳拉至接地，從而迫使外部電感上的電源電壓。這導致電流積聚，在電感器中存儲能量。在此階段，脈沖控制電路監視并使用開關電流和電源電壓，以確定最佳驅動條件和“導通時間”。

圖3：框圖使用二極管ZXLD38的LED驅動電路。

在能量充電周期結束時，內部開關快速關閉，中斷流過電感的電流，導致輸出電壓急劇上升。當輸出電壓達到負載LED的正向電壓時，電感電流從內部開關傳輸到LED，開始能量放電循環。當電感兩端的電壓反轉時，流經它的電流和LED會下降。

當電感電流達到零時，輸出引腳上的電壓會回落到電源電壓。該動作由脈沖控制電路檢測，該電路啟動下一個能量充電循環。除了低電平損耗之外，在充電周期期間存儲在電感器中的所有能量將在隨后的放電周期中被引導到負載LED。

由于成本下降并且不斷提高基于白色LED的質量和效率GaN技術，電源支持設備不斷發展并進入新的市場。該技術中可能的方向將包括更容易的亮度編程和輸出監控，以確保在產品的整個使用壽命期間保持一致的照明