礦燈主要應用在煤礦，煤井和地下的工作場合，由于特殊的工作環(huán)境要求要絕對的安全，所以礦燈設計對安全的考慮非常重要。國家煤礦安全委員會對礦燈的安全作出了一些標準和要求，包括：1)在礦燈的設計電路中，所有的電壓必須小于8V，包括輸入電壓，輸出電壓和變換所需的中間電壓。2)礦燈的燈必須是主副兩組，而且是完全獨立控制。主燈用于大部分時間的照明應用，因此主燈需要的電流較大，且時間較長不小于11小時。副燈主要在主燈不能工作的時候輔助工作，電流一般較小，且工作時間較長，不低于30小時。3)特殊的應用環(huán)境要求所有的控制電路不能在工作時產生電弧或者電火花，避免發(fā)生瓦斯爆炸。

由于礦燈使用在一些特殊的行業(yè)和環(huán)境，所以設計礦燈必須注意以下事項：

近年來鋰離子電池得到快速發(fā)展，而且與傳統(tǒng)鉛酸電池相比，鋰離子電池具有體積和容量上的優(yōu)勢，這使得目前大部分的礦燈生產和設計廠商都選用鋰離子電池作為礦燈的電源。由于鋰離子電池的電壓范圍是3.6V到4.2V，所以只能使用單個鋰離子電池作為礦燈的能源。包含多個電池的電池包會超過礦燈要求的8V電壓，此外也不允許使用傳統(tǒng)的電感式升壓電路和電容式升壓電路。

由于礦燈具有主副兩組且是獨立控制的，所以兩者的控制方式不能相互干擾，更為重要的是，為滿足長時間的工作要求，控制電路必須具有很高效率。

為避免高電壓產生電弧或者火花，控制開關都要求接在地上，而不是接在電源線，以免由于開關而產生電弧或者電火花。

SP7611A是Sipex公司推出的低壓差系列LED驅動器之一，它與傳統(tǒng)的LED驅動器有很大不同。傳統(tǒng)的LED驅動器基于電容式升壓電路或者電感式升壓電路，需要將電池的電壓升壓到能點亮LED，而SP761X是基于灌電流型的降壓LED驅動器，如圖1所示，只要電池的電壓大于或者等于LED的Vf和LED燈陰極到地的電壓VLED之和，流過LED的電流就是恒定。由于LED供應商的激烈競爭和LED工藝的改進，LED的Vf越來越小，由原來的3.5V~3.8V減少到現在的3.2V~3.4V。VLED的范圍是0.3V~1V。因此在鋰離子電池3.6V~4.2V電壓范圍內選擇低Vf的LED是可以滿足恒流驅動的。

圖1 ：SP761X是基于灌電流型的降壓LED驅動器。

本文討論SP7611A在礦燈上的兩個應用電路。圖2電路沒有用傳統(tǒng)的電感和電容作為升壓，而是直接通過電池驅動礦燈，從而有效避免了電感帶來的輻射干擾。此外，該電路采用線性電源解決方案，可避免由于使用開關式電源而傳導干擾。該電路還通過控制地線上的開關來避免由于控制電源線而產生電弧或者電火花的可能。

圖2：僅用一個SP7611A控制礦燈的主副LED燈的應用電路。

當SW1 打開，SW2閉合時，礦燈的主燈輸出LED1~LED4點亮。當LED陰極到地的電壓VLED<=300m V時，流過LED1的電流ILED=200×(VCONTROL-VCTRL)/R1;當LED陰極到地的電壓VLED>=500m V時，ILED=435×(VCONTROL-VCTRL)/R1。

其中200、435 是電流的放大倍數，從上面的等式可以看出，流過LED1的電流等于流過R1的電流乘以一個放大倍數。該放大倍數跟VLED有很大關系(圖3)。

通過圖3，可以簡單歸納為如表所示的比例關系。

圖3：圖2電路的電流放大倍數與VLED電壓的關系。

當然，流過其它LED的電流是流過LED1 的電流是鏡像電流，它們之間均等和匹配的，其電流的匹配程度為0.8%，最大誤差不超過3%，如圖4所示。

圖4：流過其它LED的電流與Vin電壓的關系。[!--empirenews.page--]

圖5是實際測試的效率曲線。此電源方案的效率E=100×(Vbattery-VLED )/Vbattery。從圖5可以看出效率與VLED和Vbattery的關系。當電池電壓等于3.6V，效率高達91%;當電池電壓等于4.2V，效率也有79%，遠遠大于傳統(tǒng)的電容式升壓電路(電荷泵)。該方案的工作時間大于 11小時。

圖5：實際測試的SP7611A效率曲線。

在圖2電路中，當SW1關閉，SW2打開時，副LED燈工作，流過LED1的電流ILED=(Vbattery-Vf)/R2，其中D1被用來防止電流通過芯片流到地。此時芯片SP7611A沒有工作，由于流過LED1的電流較小，所以工作時間可大于30小時。

圖6給出了SP7611A的另一種應用電路，它利用兩顆SP7611A 控制主副燈，其中U1 控制主燈，U3控制副燈。

圖6：分別由兩個SP7611A控制礦燈主副燈的應用電路，其中U1 控制主燈，U3控制副燈。

當SW1和SW2閉合時，U1和U3均工作，主燈LED1~LED5點亮，此時通過LDO SPX5205提供3V電源來設置LED1的電流。

ILED1=Current Ratio×(VCONTROL-VCTRL)/R1

其中，R1=R2。

當 SW1打開,SW2閉合時，U1不工作，U3工作，此時是副燈LED5點亮，流過LED5的電流為：

LLED5=Current Ratio×(VCONTROL-VCTRL)/R2,

這里的Current Ratio與圖2中的一樣，值得注意的是，U3工作時，LED5必須接到U3的引腳3。引腳3的電流跟流過R2的電流成一定的放大倍數關系，如果LED5接到其它的引腳，則此電流就不受控制。

表：電流放大倍數與VLED的關系。

SP7611A是Sipex公司SP761X系列產品中一種型號，可以同時驅動4顆LED。如果要驅動少與4顆LED的設計，可以選擇SP7612A、SP7614A，它們可以分別驅動3顆LED和2顆LED，設計電路圖類似。SP761X以其高達91%的效率、較小的SC-70封裝、不需要電感或者電容升壓而直接驅動LED的特點、以及0.8%的電流匹配度，安全且低成本地解決了在礦燈應用上的設計問題。