LED驱动电路分析与设计方案.docVIP

LED驱动电路分析与设计(图) 1.概述 　　LED是一种固体光源，当它两端加上正向电压，半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出的过剩能量将引起光子发射。采用不同的材料，可制成不同颜色有发光二极管。作为一种新的光源，近年来各大公司和研究机构对LED的研究方兴未艾，使其光效得以大大提高，目前科研人员已研发并生产出光效达到171m/W的白色LED，已达到白炽灯的水平。和白炽灯的相比较，LED在性能上具有很多优点。 白炽灯与白色LED的性能比较 　　随着对LED研究的进一步深入，其光效将进一步得到提高，而其成本将一步下降，在不久的将来LED取代白炽灯甚至荧光灯而发展成21世纪的一种主要的照明光源将成为一种趋势。新的光源需要新的电子驱动器，科研人员对LED驱动电路的研究已取得突破性进展。 　　2 LED驱动电路原理 　　与荧光灯的电子镇流器不同，LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为直流电压，并同时完成与LED的电压和电流的匹配。LED的正向伏安特性如图1所示： 　　所以，LED伏安特性的数字模型可用下式表示 　　VF=Vturn-on+RsIF+(ΔVF/ΔT)(T-25) (1) 　　其中，Vturn-on 是LED的启动电压 　　Rs 表示伏安曲线的斜率 　　T 环境温度 　　ΔVF/ΔT是LED正向电压的温度系数，对于多数LED而言典型值为-2V/。 　　从LED的伏安曲线及数字模型看，LED在正向导通后其正向电压的细小变动将引起LED电流的很大变化，并且，环境温度，LED老化时间等因素也将改变影响LED的电气性能。而LED的光输出直接与LED电流相关，所以LED驱动电路在输入电压和环境温度等因素发生变动的情况下最好能控制LED电流的大小。否则，LED的光输出将随输入电压和温度等因素变化而变化，并且，若LED电流失控，LED长期工作在大电流下将影响LED的可靠性和寿命，并有可能失效。 　LED驱动电路拓扑结构已广泛地运用于照明，汽车电子，路标，显示背光等领域。在实际运用中，负载常采用通过串并联形成的LED阵列，这会使输出电流随输入电压和环境温度等因素而发生的变化更加显著，并且阵列形式或LED个数变化，限流电阻也应相应变化，所以LED驱动电路中，引入了电压或电流反馈控制环节。用户可以根据需要改变负载LED阵列形式和LED个数，得到不同的输出功率。同时该驱动电路也克服了因输入电压，环境温度等因素而导致LED灯光的颜色易变动等弊端，功率因数可达到0.9以上，THD可做到20%以下，寿命可达到50000小时以上，同时还可完成从100%到1%的调光功能，并且还具备过压和过流保护功能。下图是一种比较常用的拓扑结构。 　　LED驱动电路主体结构采用Feedback拓扑结构，Mosfet的通断由控制IC控制。这种结构在完成向负载提供直流电压的同时，既实现了功率因数的校正，又完成了负载与电源的隔离。LED驱动电路的另一个任务是使LED的负载电流能够在各种因素的影响下都能控制在预先设计的水平上。电路将一个基准电压或电流信号与LED负载电压或电流信号送入信号控制模块中进行比较，误差信号经处理后送回初级控制IC中进行处理，当负载电流因各种因素而产生变化时，初级控制IC可以通过控制开关使负载电流回到初始设计值上。 　　3几种大功率型LED驱动器： 　　1)线性驱动器：线性驱动器的特点是外设少，结构简单。 　　2)开关式电源驱动器：此驱动电路的特点是通过一个电感器将能量传递给负载，通常是用一个PWM控制信号对MOSFET晶体管惊醒导通/关断来实现。通过改变PWM的占空比和电感器的充放电时间，输入电压和输出的比率进行调节。 　　3)可编程开关式驱动器：外设类似于独立的开关式电源驱动器，不同之处是它由相连的单片机控制。 　4)变频开关式驱动器：基于一个配置成多谐震荡器的电压比较器，在这个拓扑结构中，反馈PWM的生成是有耽搁比较器电路实现的。 　　5)典型LED驱动电路图 　　4布线应注意的问题 　　即使各个LED采用10到20mA的极低电流来驱动，流经转换器的峰值电流也明显高得多。这对于电感拓扑结构而言犹为如此，因为峰值开关电流可能是 LED平均电流的10到20倍。因此，需要使用适当的低损耗布线技术。对电荷泵型拓扑结构而言，电容应该布置在邻近驱动器的位置，使回路面积减至最小以避免辐射开关噪声。对于电感升压型转换器而言，输入和输出电容以及电感应设在邻近驱动器的位置。此外，电流设定电阻应该直接连接至芯片的接地，因为内部参考和检测电压之间的错误会直接影响LED电流精确度。