LED光源是近年来显示领域最受瞩目的新型光源技术，由于亮度不高等缺陷，虽然在高端投影机中的应用并不多，但是在微投领域已经大行其道，很多微型投影机都采用LED作为光源。LED光源对于微投应用具有先天优势，它可以大大延长灯泡寿命，简化投影机结构，缩简光路系统，同时有效减少发热量。LED光源的应用与设计也愈来愈受到技术人员的重视，本文就将与大家一起探讨微投LED驱动电路设计的关键点。
微投LED驱动电路特点是低压大电流，以LUMINUS PT-39 RGB LED为例，输出电压3~5V，电流可达10A，有些机型在散热允许的情况下，可超到12A，而且，对电流由0A→10A上升时间在10us级。电流0A→10A→0A，频率在300Hz/360Hz。另外，LED微投目前都是掌上型，所以电路板的面积、高度和散热空间都有限。相应地，微投的LED驱动电路有几个关键点：供电电压、电路方案选择、LED驱动板控制模式选择、元件选择、散热等需要注意。
目前，适合LIMINUS PT-39 10A级的LED驱动方案主要有：NS的LM3433、LM2737，MAXIM的16821C，RICHTEK的RT8452等。参考设计仅考虑一个LED通道，而微投需驱动RGB三路LED模块。是三路独立驱动，还是三路分时共用一个驱动？这也是本文要讨论的重点。
一、通道重叠
德州仪器的DLP方案，通过通道重叠(两个或三个通道同时点亮)相对于顺序点亮，可获得30%的亮度提升，这也是RGB三路独立驱动的最大优点，但同时其色域覆盖率下降。RGB三通道分时顺序点亮，色域覆盖率要大一些。
二、通道切换过渡
对于三通道分时共用一驱动，其切换部分的简图见图1a，图1b为三通道独立的简图。
图2为RGB三通道的ENABLE信号波型。
对于图1b的三通道独立驱动，当三通道ENABLE信号为顺序紧接着点亮时，外接电源的输入功率基本恒定。当三通道重叠点亮(如图2B所示)，在重叠部分电源输入功率增大，LED驱动的输入功率呈脉动状态(300/360Hz×3=1kHz)，对外接电源要求较高，相应地对系统供电的主控电源和LED驱动电源要做好隔离。
对于图1a的分时共用驱动，当ENABLE信号为图2 A时，在相临两通道的切换部分，以R切换到G为例，有三种可能：
1. R ON→R OFF→G ON；
2. R ON→R G同时ON短时间重叠→ R OFF G ON；
3. R ON >> R OFF和G ON同时进行。
对于第1种情况，R ON→R OFF ，在G ON之前，LED驱动的电流反馈环路开环，会造成驱动输出电压瞬间过冲，但同时又会触发驱动电路的过压保护(保护电压为PT-39的最大工作电压)。有的LED驱动，在电流环路断开后，会立即切换为电压反馈环路，这种方式冲击最小。对于第2种情况，R G有一个很短时间的重叠，这样在两通道切换瞬间，电流反馈环路保持畅通，通道切换很平滑，在此期间电源输入功率稳定。这也是分时驱动电路的最理想工作状态。在LED驱动实际工作状态，RGB的EBABLE信号一般是主控芯片的GPIO软件控制产生的，上述三种情况都可能出现，但也可在软件上使RGB的ENABLE信号有轻微的重叠，这样对于分时驱动电路可工作于理想状态，通道切换平滑，LED驱动输入功率稳定，对于整机系统供电要求较低，电路就可以精简，这对于便携产品很重要。
三、调光
LED的光谱特性与工作温度和电流相关。LED的光谱稳定，利于微投在各种工作状态下的色彩一致性。最理想的方法是：用一MOS开关管与LED模块并联，在R、G或B点亮期间，PWM调光信号快速开关MOS管，MOS管ON旁路PT-39的10A电流，MOS管OFF，10A电流走LED模块，这样LED发光时流过的电流恒定，光谱也就恒定。NS的LM3433就采用这种方法调光。 [Page]
四、LED驱动板电路与PT-39 LED模块散热的关系
PT-39列LED模块的散热片就是LED的正极铜板，使用时，将RGB LED模块的正极铜板紧贴固定于一大散热片上，LED模块的正极铜板与大散热片间是否要电气绝缘？这由LED驱动电路原理来决定。保持LED模块与散热片的低热阻对LED稳定长寿很重要，最理想的是LED模块的正极铜片紧贴于大散热片上，不用绝缘，就象P4 CPU与散热片的安装。这还与RGB分时驱动和独立驱动有关，如图1 a，RGB分时驱动电路，RGB LED三个正极电路上本来连在一起，与大散热片间不用考虑绝缘。但对于图1 b，RGB LED独立驱动，有的驱动方案LED正极接电源(NS LM3433接地、RT8452接VCC)，同样不用考虑绝缘。 LM3433在这点上做得最好，LED正极接系统地，最有利于散热。
五、反馈环路参数确定和调整、开关频率
LED驱动本身是一特殊的开关电源，如图3所示其取样部分由LED和SENSE R组成，Io=Vs/SENSE R，Vs稳定，流过LED的Io也就恒流。图3为控制环路简图，绿色部分为主芯片集成的功能。在主芯片选定、输出L和C选定后，决定环路特性的主要是两部分：反馈增益K，相位补偿阻容网络(R1~R3，C1~C3)。
阻容参数确定公式如下：
fz=1/2πR2×C1=1/2πR1×C3(eq1.)
fp=1/2πR2×C2=1/2πR3×C3(eq2.)
fco——环路增益曲线上，0dB对应的频点，fz<fco<fp
对于10us级上升时间，初选fco=90kz，fz=5kHz，fp=150kHz。再由公式eq1、eq2选定R1~R3、C1~C3值。最后确定理论反馈增益K。
主芯片的开关频率fs选定：
LED投影需要流过RGB LED的电流响应时间在10us级，由采样定理fs=2×(1/10us)=200kHz，工程应用时，fs=(4~5)×(1/10us)。fs=5×100kHz=500kHz，这样完成了环路的理论初始参数设计。
下一步是实测响应特性，再调整环路参数，反复调整、实测，最终确定的参数要兼顾上升时间，过冲、纹波。
环路元件参数确定及调试是该电路的难点，理论计算模型是实际的简化近似，图3中，LED可近似为可变电阻，阻值还会受
LED工作温度影响，所以环路增益曲线在一定范围内上下浮动。另外在实际应用时，有时LED两端会并联一电容，这时增益、相位都会变动。但有一个初始的理论模型计算还是很有必要，可在调试时有的放矢。环路参数调试过程中，有时会造成大的过电压、过电流，所以对于LED的电路调试，要先确保保护电路的正常工作，否则会损坏较贵的LED。
六、LED驱动板元件选择及散热
首先，选择效率高的方案，尽量选用ON Rds小的MOS管，如Trench MOSFET系列，对于PT-39，工作电压为3V~5V，LED驱动为同步BUCK，低端MOS管导通时间长些，可用两个并联以进一步降低损耗，这种方法对分时驱动电路适用，RGB独立驱动电路成本较高。LED驱动的电感发热，在LED电流为10A时，电感很烫，一般用导热泡棉贴于电感上，靠在金属主体上散热，否则，电感热量导向PCB，对电路热稳定性不利。
由于是便携产品，PCB面积尽量小，这样利用PCB大面积铜皮散热的能力有限，LED驱动的工作电流为10A时，在PCB的大电流区域，电感、PCB和MOS管手感烫手。风扇主动散热，发热明显改善。较实用的，还是用导热泡绵将MOS管、电感、PCB的发热部分盖住，将热量导向散热片或金属主体。
关键元件选择，LED驱动的反馈环路部分为小信号模拟电路，除了元件布局时，远离功率部分，可同时选用热稳定性好的电容、电阻。运放可选工业级的型号(125度)。 [Page]
大电流LED驱动的细节很多，这里仅提到几个关键点，最后想说的是：微投的LED驱动需综合、系统地考虑供电、体积、散热、成本、光学指标和软件因素，有时软件的优化可使硬件工作于最佳状态，同时发热量也减小。
[参考文献]
1．Luminus PT-39 data-sheet
2．National Semiconductor LM2737 data-sheet
3. <<Switch Power Supply Design>> Abraham I.Pressman、Keith Billings and Taylor Morey