LED驅(qū)動(dòng)原理介紹(精)

1、LED 驅(qū)動(dòng)原理介紹由于 LED 的光特性通常都描述為電流的函數(shù)，而不是電壓的函數(shù)，光通量 動(dòng)可以更好地控制亮度。超高亮 LED 的特性下圖為正向壓降（VF）和正向電流的（IF）關(guān)系曲線，由曲線可知，當(dāng)正向電壓超過某個(gè)閾值（約 2V），即通常所說的導(dǎo)通電HI-XLKD 1 ,和h紇系曲緘由于 LED 的光特性通常都描述為電流的函數(shù)，而不是電壓的函數(shù)，光通量（ V）與 IF 的關(guān)系曲線，因此，采用恒流源驅(qū)動(dòng)可以更好地控制亮度。此外，LED 的正向壓降變化范圍比較大（最大可達(dá) 1V 以上），而由上圖中的 VF-IF 曲線可知，VF的微小變化會(huì)引起較大的，IF 變化，從而引起亮度的較大變化。所以，采

2、用恒壓源驅(qū)動(dòng)不能保證 LED 亮度的一致性，并且影響 LED 的可靠性、壽命和光衰。因此，超高亮LED 通常采用恒流源驅(qū)動(dòng)。下圖是 LED 的溫度與光通量（ V）關(guān)系曲線，由下圖可知光通量與溫度成反比，85C時(shí)的光通量是 25C時(shí)的一半，而一40C時(shí)光輸出是 25C時(shí)的 1.8 倍。溫度的變化對(duì) LFD 的波長(zhǎng)也有一定的影響，因此，良好的散熱是 LED 保持恒定亮度的 保證。LED 的電氣特性。由表可知，當(dāng)前超高亮LED 的最高 IF（ V）與 IF 的關(guān)系曲線，因此，采用恒流源驅(qū)下圖是 LED 的溫度與光通量關(guān)系曲線一般 LED 驅(qū)動(dòng)電路介紹由于受到 LED 功率水平的限制，通常需同時(shí)驅(qū)動(dòng)多

3、個(gè)LED 以滿足亮度需求，因此，需要專門的驅(qū)動(dòng)電路來點(diǎn)亮LED 下面簡(jiǎn)要介紹 LED 概念型驅(qū)動(dòng)電路。阻限流電路如下圖所示，電阻限流驅(qū)動(dòng)電路是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，限流電阻按下式計(jì)算。式中:Vin 為電路的輸入電壓：VF 為 IED 的正向電流；VF 為 LED 在正向電流為，IF 時(shí)的壓降；VD 為防反二極管的壓降（可選）;y 為每串 LED 的數(shù)目；x 為并聯(lián) LED 的串?dāng)?shù)。由上圖可得 LED 的線性化數(shù)學(xué)模型為式中:Vo 為單個(gè) LED 的開通壓降；Rs 為單個(gè) LED 的線性化等效串聯(lián)電阻。當(dāng)電阻選定后，電阻限流電路的IF 與 VF 的關(guān)系為由上式可知電阻限流電路簡(jiǎn)單，但是，在輸入電壓波

4、動(dòng)時(shí)，通過LED 的電流也會(huì)跟隨變化，因此調(diào)節(jié)性能差。另外，由于電阻 R 的接人損失的功率為 xRIF，因此效率低。線性調(diào)節(jié)器介紹線性調(diào)節(jié)器的核心是利用工作于線性區(qū)的功率三極管或MOSFFE 作為一動(dòng)態(tài)可調(diào)電阻來控制負(fù)載。線性調(diào)節(jié)器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。下圖 a 所示為并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器又稱為分流調(diào)節(jié)器（圖中僅畫出了一個(gè) LED,實(shí)際上負(fù)載可以是多個(gè) LED 串聯(lián)，下同），它與 LED 并聯(lián)，當(dāng)輸入電壓增大或者 LED 減少時(shí)，通過分流調(diào)節(jié)器的電流將會(huì)增大，這將會(huì)增大限流電阻上的壓降，以 使通過 LED的電流保持恒定。由于分流調(diào)節(jié)器需要串聯(lián)一個(gè)電阻，所以效率不高，并且在輸入電壓變化范圍比較寬的情

5、況下很難做到恒定的調(diào)節(jié)。下圖 b 所示為串聯(lián)型調(diào)節(jié)器，當(dāng)輸入電壓增大時(shí)，調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)電阻增大，以保持LED 上的電壓（電流）恒定。由于功率三極管或 MOSFE 管都有一個(gè)飽和導(dǎo)通電壓，因此，輸入的最小電壓必須大于該飽和電壓與負(fù)載電壓之和,電路才能正確地工作。則上式限流電阻的計(jì)算可寫為開關(guān)調(diào)節(jié)器介紹上述驅(qū)動(dòng)技術(shù)不但受輸入電壓范圍的限制，而且效率低。在用于低功率的普通LED 驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于電流只有幾個(gè) mA因此損耗不明顯，當(dāng)用作電流有幾百 mA 甚至更高的高亮 LED 的驅(qū)動(dòng)時(shí)，功率電路的損耗就成了比較嚴(yán)重的問題。 開關(guān)電 源是目前能量變換中效率最高的， 可以達(dá)到 90%以上。Buek、Boost 和

6、Buck-Boost 等功率變換器都可以用于 LED 的驅(qū)動(dòng)， 只是為了滿足 LED的恒流驅(qū)動(dòng)，采用檢測(cè)輸出電流而不是檢測(cè)輸出電壓進(jìn)行反饋控制。下圖（a）為采用 Buck 變換器的 LED 驅(qū)動(dòng)電路，與傳統(tǒng)的 Buek 變換器不同，開關(guān)管 S 移到電感 L 的后面，使得 S 源極 接地，從而方便了 S 的驅(qū)動(dòng)，LED 與 L 串聯(lián)，而續(xù)流二極管 D 與該串聯(lián)電路反并聯(lián)，該驅(qū)動(dòng)電路不但簡(jiǎn)單而且不需要輸 出濾波電容，降低了成本。但是，Buck 變換器是降壓變換器，不適用于輸入電壓低或者多個(gè)LED 串聯(lián)的場(chǎng)合。上圖（b）為采用 Boost 變換器的 LED 驅(qū)動(dòng)電路，通過電感儲(chǔ)能將輸出電壓泵至比輸入

7、電壓更高的期望值，實(shí)現(xiàn)在低輸入電壓下對(duì) LED 的驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是這樣的驅(qū)動(dòng) IC 輸出可以并聯(lián)使用，有效的提高單顆LED 功率。上圖（c）為采用 Buck Boost 變換器的 LED 驅(qū)動(dòng)電路。與 Buek 電路相似，該電路 S 的源極可以直接接地，從而方便 了 S 的驅(qū)動(dòng)。Boost 和 Buck-Boosl 變換器雖然比 Buck 變換器多一個(gè)電容，但是，它們都可以提升輸出電壓的絕對(duì)值， 因此，在輸入電壓低，并且需要驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED 時(shí)應(yīng)用較多。PWM 調(diào)光知識(shí)介紹在手機(jī)及其他消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，白光LED 越來越多地被使用作為顯示屏的背光源。近來，許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)者希望白光 LED 的光亮度在不

8、同的應(yīng)用場(chǎng)合能夠作相應(yīng)的變化。這就意味著，白光LED 的驅(qū)動(dòng)器應(yīng)能夠支持 LED 光亮度的調(diào)節(jié)功能。目前調(diào)光技術(shù)主要有三種：PWM 調(diào)光、模擬調(diào)光、以及數(shù)字調(diào)光。市場(chǎng)上很多驅(qū)動(dòng)器都能夠支持其中的一種或多種調(diào)光技術(shù)。本文將介紹這三種調(diào)光技術(shù)的各自特點(diǎn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者可以根據(jù)具體的要求選擇相應(yīng)的技術(shù)。PWMDimming （脈寬調(diào)制）調(diào)光方式一一這是一種利用簡(jiǎn)單的數(shù)字脈沖，反復(fù)開關(guān)白光LED 驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光技術(shù)。應(yīng)用者的系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖，即可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)白光LED 的亮度。PWM 調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提供高質(zhì)量的白光，以及應(yīng)用簡(jiǎn)單，效率高！例如在手機(jī)的系統(tǒng)中，利用一

9、個(gè)專用 PWM 接口可以簡(jiǎn)單的產(chǎn)生任意占空比的脈沖信號(hào)，該信號(hào)通過一個(gè)電阻，連接到驅(qū)動(dòng)器的EN 接口。多數(shù)廠商的驅(qū)動(dòng)器都支持 PWM 調(diào)光。但是，PWM 調(diào)光有其劣勢(shì)。主要反映在： PWM 調(diào)光很容易使得白光 LED 的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲 （audiblenoise，或者 microphonic noise）。這個(gè)噪聲是如何產(chǎn)生？通常白光 LED 驅(qū)動(dòng)器都屬于開關(guān)電源器件（buck、boost、charge pump等），其開關(guān)頻率都在 1MHz 左右，因此在驅(qū)動(dòng)器的典型應(yīng)用中是不會(huì)產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。但是當(dāng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行 PWMlilM kI調(diào)光的時(shí)候，如果PWM 信號(hào)的頻率正好落在

10、 200Hz 到 20kHz 之間，白光 LED 驅(qū)動(dòng)器周圍的電感和輸出電容就會(huì)產(chǎn)生人耳 聽得見的噪聲。所以設(shè)計(jì)時(shí)要避免使用20kHz 以下低頻段。我們都知道， 一個(gè)低頻的開關(guān)信號(hào)作用于普通的繞線電感 （wire winding coil） ，會(huì)使得電感中的線圈之間互相產(chǎn)生 機(jī)械振動(dòng)，該機(jī)械振動(dòng)的頻率正好落在上述頻率，電感發(fā)出的噪音就能夠被人耳聽見。電感產(chǎn)生了一部分噪聲，另一部分來自輸出電容?，F(xiàn)在越來越多的手機(jī)設(shè)計(jì)者采用陶瓷電容作為驅(qū)動(dòng)器的輸出電容。陶瓷電容具有壓電特性，這就意味 著：當(dāng)一個(gè)低頻電壓紋波信號(hào)作用于輸出電容，電容就會(huì)發(fā)出吱吱的蜂鳴聲。當(dāng)PWM 信號(hào)為低時(shí)，白光 LED 驅(qū)動(dòng)器停止

11、工作，輸出電容通過白光 LED 和下端的電阻進(jìn)行放電。因此在PWM 調(diào)光時(shí)，輸出電容不可避免的產(chǎn)生很大的紋波（電容過濾高頻不干凈有殘留的高頻成分）?？傊?，為了避免 PWM 調(diào)光時(shí)可聽得見的噪聲，白光 LED 驅(qū)動(dòng)器應(yīng)該能夠提供超出人耳可聽見范圍的調(diào)光頻率 !相對(duì)于 PW 碉光，如果能夠改變 RS 的電阻值，同樣能夠改變流過白光LED 的電流，從而變化 LED 的光亮度。我們稱這種技術(shù)為模擬調(diào)光。模擬調(diào)光（持續(xù)接通，連續(xù)）最大的優(yōu)勢(shì)是它避免了由于調(diào)光時(shí)所產(chǎn)生的噪聲。在采用模擬調(diào)光的技術(shù)時(shí)，LED 的正向?qū)▔航禃?huì)隨著 LED 電流的減小而降低，使得白光 LED 的能耗也有所降低。但是區(qū)別于PW 碉光技術(shù)（反復(fù)快速閃爍通斷，連續(xù)和離散之間），在模擬調(diào)光時(shí)白光 LED 驅(qū)動(dòng)器始終處于工作模式，并且驅(qū)動(dòng)器的電能轉(zhuǎn)換效率隨著輸出電 流減小而急速下降。所以，采用 模擬調(diào)光技術(shù)往往會(huì)增大整個(gè)系統(tǒng)的能耗。 模擬調(diào)光技術(shù)還有個(gè)缺點(diǎn)在于發(fā)光質(zhì)量。由