LED驅(qū)動電源原理

1、LED驅(qū)動電源原理本文介紹LED驅(qū)動電源原理超高亮LED的特性（圖1）為正向電流(IF)和正向壓降(VF)的關(guān)系曲線，由曲線可知，當(dāng)正向電壓超過某個閾值(約2V)，即通常所說的導(dǎo)通電壓之后，可近似認(rèn)為，IF與VF成正比。見表是當(dāng)前主要超高亮LED的電氣特性。由圖可知，當(dāng)前超高亮LED的最高IF可達1A，而VF通常為24V。 （圖1）由于LED的光特性通常都表述為電流的函數(shù)，而不是電壓的函數(shù)，（圖2）是光通量(V)與IF的關(guān)系曲線，因此，采用恒流源驅(qū)動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1V以上)，而由（圖1）中的VF-IF曲線可知，VF的微小變化會引起較

2、大的，IF變化，從而引起亮度的較大變化。所以,采用恒壓源驅(qū)動不能保證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。（圖2）（圖3）是LED的溫度與光通量(V)關(guān)系曲線，由（圖3）可知光通量與溫度成反比，85時的光通量是25時的一半，而一40時光輸出是25時的1.8倍。溫度的變化對LFD的波長也有一些影響，因此，良好的散熱是LED保持恒定亮度的前提。（圖3）是LED的溫度與光通量(V)關(guān)系曲線。（圖3）一般LED驅(qū)動電路介紹由于受到LED功率水平的限制，通常需同時驅(qū)動多個LED以滿足亮度需求，因此，需要專門的驅(qū)動電路來點亮LED。下面簡要介紹LED

3、概念型驅(qū)動電路。阻限流電路如（圖4）所示，電阻限流驅(qū)動電路是最簡單的驅(qū)動電路，限流電阻按下式計算。 （圖4）式中：Vin為電路的輸入電壓： IF為IED的正向電流; VF為LED在正向電流IF時的壓降; 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LED的開通壓降; Rs為單個LED的線性化等效串聯(lián)電阻。則上式限流電阻的計算可寫為 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單，但是，在輸入電壓波動時，通過LED的電流也會跟隨變化，因此調(diào)節(jié)性能差。另外，由于電阻R的接人損

4、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MOSFFET作為一動態(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。（圖5）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LED，實際上負(fù)載可以是多個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，通過分流調(diào)節(jié)器的電流將會增大，這將會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)一個電阻，所以效率不高，并且在輸入電壓變化范圍比較寬的情況下很難做到恒定的調(diào)節(jié)。（圖5）b所示為串聯(lián)型調(diào)節(jié)器，當(dāng)輸入電壓增大時，調(diào)節(jié)動態(tài)電阻增大，以保持LED

5、上的電壓(電流)恒定。（圖5）由于功率三極管或MOSFET管都有一個飽和導(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。開關(guān)調(diào)節(jié)器介紹上述驅(qū)動技術(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)動時，由于電流只有幾個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)動時，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，可以達到90%以上。Buek、Boost和 Buck-Boost等功率變換器都可以用于LED的驅(qū)動，只是為了滿足LED的恒流驅(qū)動，采用檢測輸出電流而不是檢測輸出電壓進行反饋控制。（圖6）(

6、a)為采用Buck變換器的LED驅(qū)動電路，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，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)動電路不但簡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LED串聯(lián)的場合。（圖6）（圖6）(b)為采用Boost變換器的LED驅(qū)動電路，通過電感儲能將輸出電壓泵至比輸入電壓更高的期望值，實現(xiàn)在低輸入電壓下對LED的驅(qū)動。優(yōu)點是這樣的驅(qū)動IC輸出可以并聯(lián)使用，有效的提高單顆LED功率。（圖6）(c)為采用BuckBoost變換器的LED驅(qū)動電路。與Buek電路類似，該電路S的源極可以直接接地，這樣