恒流源驅(qū)動電路制作

項目三LED屏幕顯示項目三LED屏幕顯示1項目描述

從LED的光電特性入手分析恒流式驅(qū)動的優(yōu)越性，進而禪述恒流源電路及其應用；從LED點陣顯示屏的結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析LED點陣顯示屏顯示字符的原理；從LED點陣顯示字符實訓，LED顯示屏的組裝，到LED顯示屏的調(diào)試和演示操作，使操作技能得到進一步提高。知識目標理解LED在顯示領域的應用。項目描述從LED的光電特性入手分析恒流式驅(qū)動的優(yōu)越性2任務一恒流式驅(qū)動電路技能目標學會LED條形屏的組裝。任務任務二點陣顯示系統(tǒng)任務三點陣顯示系統(tǒng)的組裝與軟件操作任務一恒流式驅(qū)動電路技能目標學會LED條形屏的組裝。任3任務一恒流式驅(qū)動電路一、恒流式驅(qū)動電路1．LED驅(qū)動電源的特點及要求首先LED不能直接使用常規(guī)的電網(wǎng)電壓，

從LED的伏安特性可知，只能給LED兩端加上一定的直流電壓或通上一定的直流電流才能使LED發(fā)亮，另外，在選擇和設計LED驅(qū)動電源時還要考慮到以下幾點要求：（1）高可靠性（2）高效率（3）高功率因素任務一恒流式驅(qū)動電路一、恒流式驅(qū)動電路另外，在選擇和設計4（4）驅(qū)動方式（5）浪涌保護（6）保護功能（7）防護方面（8）驅(qū)動電源壽命要與LED壽命相匹配（9）要符合安規(guī)和電磁兼容（4）驅(qū)動方式52．LED采用恒流源驅(qū)動的優(yōu)點

（1）從LED的伏安特性分析若是采用恒壓式供電，必須要求恒壓源有足夠高的精度，否則LED工作極其不穩(wěn)定，甚至會燒壞LED。2．LED采用恒流源驅(qū)動的優(yōu)點

（1）從LED的伏安特性分析6（2）從伏安特性的溫度系數(shù)分析

LED的伏安特性并不是固定的，

而是隨溫度而變化的，所以電壓定了，電流并不一定是不變的，而是隨溫度變化的。這是因為是LED是一個二極管，它的伏安特

性具有負溫度系數(shù)的特點。（2）從伏安特性的溫度系數(shù)分析

LED的伏安特性并不是固定7（3）LED顯示屏的顯示效果分析由于LED制造工式的差異性，即使是同廠家同型號的LED，其正向壓降也存在有分散性，當采用恒壓驅(qū)動多只并聯(lián)的LED時，各工作電流也會有所不同，導致光學特性的不一致，因此，最好的辦法是恒流控制。二、恒流式驅(qū)動電路的形式與結(jié)構(gòu)1．恒流式驅(qū)動（3）LED顯示屏的顯示效果分析二、恒流式驅(qū)動電路的形式與8（a）三極管的LED負載曲線（b）基極電流控制（c）基極電壓控制圖3-3LED作負載與三極管串聯(lián)（a）三極管的LED負載曲線（b）基極電流控制（c）基極9圖3-3（a）是LED作為三極管放大電路的負載曲線，如果直接使用三極管基極電流控制其集電極電流，如圖3-3（b）所示，由于三極管放大倍數(shù)的分散性，同樣的基極電流，會產(chǎn)生不同的集電極電流，因此采用基極電壓控制方式更為合理，如圖3-3（c）所示，即在發(fā)射極中串聯(lián)電阻Re，這時有Ic≈Ie＝(Ub－Ube)／Re圖3-3（a）是LED作為三極管放大電路的負載曲線，如果直接102．基本恒流源電路圖3-4基本鏡像恒流源2．基本恒流源電路圖3-4基本鏡像恒流源11

基本鏡像恒流源電路，如圖3-4所示。三極管T1、T2參數(shù)完全相同，則有

β1＝β2，ICEO1＝ICEO2，由于兩管具有相同的基-射極間電壓（UBE1＝UBE2)，故IE1＝IE2，IC1＝IC2。當β較大時，基極電流IB可以忽略，所以T2的集電極電流IC2近似等于基準電流IREF，即：IC2

＝IC1≈IREF＝(UCC－UBE)／R≈UCC／R

由上式可以看出，當R確定后IREF

就確定了，IC2

也隨IREF

而定。我們可以把IC2

看作是IREF

的鏡像，所以稱為鏡像恒流源?；剧R像恒流源電路，如圖3-4所示。三極管T1、T212（2）用三極管提供基準電壓的恒流源圖3-5三極管be電壓作基準電壓的恒流源（2）用三極管提供基準電壓的恒流源圖3-5三極管be電壓13（3）用穩(wěn)壓二極管提供基準電壓的恒流源圖3-6穩(wěn)壓二極管作基準電壓的恒流源（3）用穩(wěn)壓二極管提供基準電壓的恒流源圖3-6穩(wěn)壓二極管14（4）用三端可調(diào)電壓基準集成電路提供基準電壓的恒流源圖3-7TL431的圖形符號和外形圖TL431是一個有良好的熱穩(wěn)定性能的三端可調(diào)分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置從2.5V到36V范圍內(nèi)的任何基準電壓值。TL431可等效為一只穩(wěn)壓二極管，其基本連接方法如圖3-8所示。圖（a）作為2.5V基準電壓源；圖（b）作為可調(diào)基準電壓源，電阻R1和R2與輸出電壓的關系為UO=2.5(1+R1/R2)V。（4）用三端可調(diào)電壓基準集成電路提供基準電壓的恒流源圖3-715（a）2.5V基準源（b）可調(diào)基準源圖3-8TL431的基本連接方式如圖3-9所示，是TL431作2.5V基準電壓的恒流源，電阻R2是電壓取樣電阻。一旦需要的電流大小確定后，這個阻值就定了，R2＝2.5／I。（a）2.5V基準源（b）可調(diào)基準源圖3-8TL416圖3-9TL431作基準電壓的恒流源圖3-9TL431作基準電壓的恒流源173．集成恒流源目前由于LED的廣泛使用，對LED驅(qū)動電路的功能和品質(zhì)等各方面均提出了較高的要求，現(xiàn)在許多集成電路（IC）產(chǎn)家已生產(chǎn)出各種類型的LED驅(qū)動IC，以便在不同的情況下供設計人員選擇，LED驅(qū)動IC目前市場需求按應用來分基本有四大類：（1）用于消費性電子產(chǎn)品，其應用特點是以電池為能源，一般為4.2V～8.4V，因此低電壓、小電流的LED驅(qū)動電源是目前量大面廣的產(chǎn)品，消費性電子產(chǎn)品的LED

驅(qū)動電源擁有比較成熟的技術、產(chǎn)品和相對成熟的市場。3．集成恒流源（1）用于消費性電子產(chǎn)品，其應用特點是以電池為18（3）用于建筑裝飾照明和家庭照明，主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為恒流電源，并同時完成與LED的電壓和電流的匹配。建筑裝飾照明和家庭照明，則需要將交流（AC）能直接變換成直流（DC）恒流源的LED驅(qū)動IC，目前還不能提供單個的集成電路產(chǎn)品，大多數(shù)是模塊化電路。（2）用于汽車照明產(chǎn)品，因其電源穩(wěn)壓器來自汽車蓄電池，一般是48V，所以需要

較高電壓降壓的LED驅(qū)動IC。汽車照明產(chǎn)品使用LED的數(shù)量較多，LED多采用

串、并聯(lián)連接，需要較高的電壓，對于取自48V汽車蓄電池的電源來說是十分

方便的。（3）用于建筑裝飾照明和家庭照明，主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為19（4）用于LED屏幕顯示，LED顯示屏驅(qū)動IC可分為通用IC和專用IC兩種。三、集成恒流源電路的應用1．低電壓類IC低電壓類IC是指其輸入電壓低，一般不超過DC15V，主要在以電池為電源的便攜式產(chǎn)品中使用。可實現(xiàn)低電壓類驅(qū)動的IC型號較多，幾乎大多數(shù)的IC生產(chǎn)公司均有相似的產(chǎn)品。每個型號的LED驅(qū)動IC既有共同點，又有各自的特點。如有的具有可調(diào)光功能，（4）用于LED屏幕顯示，LED顯示屏驅(qū)動IC可分為通用IC20（1）LM3590為小功率白色LED簡單驅(qū)動IC，如圖3-10所示是它的外形圖，輸入電壓6V～12V；輸出電流20mA；降壓型；SOT23–5貼片封裝。圖3-10LM3590外形圖（1）LM3590為小功率白色LED簡單驅(qū)動IC，如圖3-21LM3590的引腳功能：1—可編程電流輸入端，編程電阻RSET=100×（1．25／IOUT）；2—地；3—恒流輸出端；4—電壓輸入端，輸入電壓范圍6V～12V；5—使能端。EN為低電平時，無輸出；EN為高電平時，有輸出。LM3590的典型應用電路，如圖3-11所示。圖3-11LM3590的典型應用電路LM3590的引腳功能：1—可編程電流輸入端，編程電阻LM322（2）MAX1561為高效率升壓型變換器，它們能夠以恒定電流、87％的效率驅(qū)動多達6個白光LED，可為便攜式電子設備提供背光照明。其升壓轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)允許白光LED串聯(lián)連接，使每個LED保持相同的電流，以獲得均勻的亮度，不需要限流電阻。圖3-12MAX1561的典型應用電路（2）MAX1561為高效率升壓型變換器，它們能夠以恒定電流232．中電壓類IC中電壓類IC是指其輸入電壓一般在幾伏至幾十伏之間，該類IC主要可用于以蓄電池為輸入電壓源，以汽車的LED燈飾產(chǎn)品為主，如用于汽車閱讀燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈等。AMC7150的典型應用電路，如圖3-13所示。圖3-13AMC7150的典型應用電路2．中電壓類ICAMC7150的典型應用電路，如圖3-13所243．高電壓類IC高電壓類IC是指其輸入電壓一般可達到幾百伏，它的輸入端能承受由市電直接整流得到的全部直流電壓，而不需要降壓。這類IC主要用于以市電為電源的各種照明中，如戶外景觀燈、LED路燈、LED日光燈、LED射燈、LED臺燈等。HV9910的典型應用電路，如圖3-14所示。圖3-13AMC7150的典型應用電路3．高電壓類ICHV9910的典型應用電路，如圖3-14所示25四、LM317恒流源電路的分析和指導1．LM317集成電路介紹LM317是三端可調(diào)穩(wěn)壓集成電路，輸出電壓范圍是1.2V至37V，負載電流最大為1.5A。它的使用非常簡單，僅需兩個外接電阻來設置輸出電壓。此外它的線性調(diào)整率和負載調(diào)整率也比標準的固定穩(wěn)壓器好。LM317內(nèi)置有過載保護、安全區(qū)保護等多種保護電路。圖3-15LM317外形圖和圖形符號四、LM317恒流源電路的分析和指導圖3-15LM317262．用LM317構(gòu)建恒流源電路圖3-16LM317的恒流源電路2．用LM317構(gòu)建恒流源電路圖3-16LM317的恒流27LM317工作時，LM317建立并保持輸出端與調(diào)節(jié)端之間1．25V的標稱參考電壓(Vref)，利用這一特點可以構(gòu)建一個簡單的恒流源電路，如圖3-16所示。從圖可以看出，流過負載RL的電流IO為：IO＝I1＋I2。而I2＝U21／R1，因U21之間的電壓為1.25V且固定不變，若保持R1不變，則I2

也就不變，又因I1相對于IO而言很小，所以IO≈I2能保持不變，即輸出電流恒定。3．LM317構(gòu)成恒流源驅(qū)動LED圖3-17由LM317構(gòu)成LED恒流驅(qū)動電路LM317工作時，LM317建立并保持輸出端與調(diào)28LED選用普通白光型，其工作電壓為3.0～3.5V，工作電流為15mA～20mA，電源輸入電壓為12V，因本電路是降壓型，故UO必須小于Ui，因此采用3只LED串聯(lián)組成一條支路，共用12只LED組成四條支路。復習思考題1．LED驅(qū)動電源的特點是什么？2．用恒流源驅(qū)動LED，是不是說LED可以無限制的串聯(lián)或并聯(lián)使用？3．LED驅(qū)動IC按應用來分有幾類？主要用于哪些場合？4.低壓類、中壓類和高壓類的驅(qū)動IC有什么主要的區(qū)別？LED選用普通白光型，其工作電壓為3.0～3.5V，29技能訓練一恒流源驅(qū)動電路的制作和安裝1.實訓目的（1）進一步了解LM317組成的恒流源驅(qū)動LED電路工作原理；（2）學習用LM317組建恒流源電路的方法和實際電路的連接；（3）學習LED驅(qū)動電源性能的測試方法。2.實訓器材按表3-1恒流源驅(qū)動電路的制作和安裝實訓器材準備。表3-1恒流源驅(qū)動電路的制作和安裝實訓器材技能訓練一恒流源驅(qū)動電路的制作和安裝1.實訓目的2.實訓器30序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量1三端可調(diào)穩(wěn)壓器集成電路LM31712電阻18Ω，1／4W13LED普通白光124萬能板單面板15可調(diào)直流電源0～24V16數(shù)字萬用表自定17電烙鐵35W（或自定）1序號名稱型號與規(guī)格數(shù)量1三端可調(diào)穩(wěn)壓器集成電路LM33.實訓內(nèi)容與步驟按圖3-17所示，制作和安裝恒流源驅(qū)動電路的步驟如下。（1）用萬用表檢測各元器件，確認各元器件的引腳和極性。（2）按裝配圖，安裝元器件。（3）焊接元器件；焊接元器件間的連接線。（4）檢查電路無誤后，焊上斷口K1和K2，接通電源（DC12V），LED點亮。4．LM317恒流源驅(qū)動LED電路的測試與分析（1）電路的穩(wěn)流性能測試輸入電壓從8V逐漸增加到15V，測量電路的輸出電流，并觀察LED