LED 驱动原理基础性介绍(图).PDF

• LED 驱动原理基础性介绍(图) 摘要：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，因此，采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。 超高亮 LED 的特性 下图为正向压降(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。 见表是当前主要超高亮 LED 的电气特性。由表可知，当前超高亮 LED 的最高 IF 可 达 1A，而VF 通常为 2～4V。 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，因此，采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外，LED 的正 向压降变化范围比较大(最大可达 1V 以上)，而由上图中的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。 下图是 LED 的温度与光通量(φV)关系曲线，由下图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。 下图是 LED 的温度与光通量关系曲线。 一般 LED 驱动电路介绍 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 概念型驱动电路。 阻限流电路 如下图所示，电阻限流驱动电路是最简单的驱动电路，限流电阻按下式计算。 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。 由上图可得 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。 则上式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 由上式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。 线性调节器介绍 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。 下图 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。 下图 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。 开关调节器介绍 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。 下图(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