學(xué)習(xí)單元4LED驅(qū)動電路分析

1、1學(xué)習(xí)單元學(xué)習(xí)單元4 LED4 LED驅(qū)動電路分析驅(qū)動電路分析4.1 LED驅(qū)動器驅(qū)動器 4.2 LED與驅(qū)動器的匹配與驅(qū)動器的匹配 4.3 典型典型LED驅(qū)動器及應(yīng)用驅(qū)動器及應(yīng)用 4.4 典型典型DC/DC變換電路變換電路 4.5 白光白光LED驅(qū)動電路驅(qū)動電路 4.6 LED集成驅(qū)動電路集成驅(qū)動電路 4.1 LED驅(qū)動器驅(qū)動器 2.常用的LED電源驅(qū)動方案 1 LED驅(qū)動器的要求 提綱提綱3.LED顯示驅(qū)動方式 1. LED驅(qū)動器的要求驅(qū)動器的要求 為滿足便攜式產(chǎn)品的低電壓供電，驅(qū)動器應(yīng)有升壓功能，以滿足為滿足便攜式產(chǎn)品的低電壓供電，驅(qū)動器應(yīng)有升壓功能，以滿足13節(jié)充電電池或節(jié)充電電池或1

2、節(jié)鋰離子電池供電的要求，并要求工作到電池終止放節(jié)鋰離子電池供電的要求，并要求工作到電池終止放電電壓為止。電電壓為止。驅(qū)動器要有高的功率轉(zhuǎn)換效率，以延長電池的壽命或兩次充電之間的驅(qū)動器要有高的功率轉(zhuǎn)換效率，以延長電池的壽命或兩次充電之間的時間間隔。時間間隔。在多個在多個LED并聯(lián)使用時，要求各并聯(lián)使用時，要求各LED的電流相匹配，使亮度均勻。的電流相匹配，使亮度均勻。功耗低，靜態(tài)電流小，并且有關(guān)閉控制功能。功耗低，靜態(tài)電流小，并且有關(guān)閉控制功能。LED的最大電流的最大電流ILED可設(shè)定，在使用過程中可調(diào)節(jié)（亮度調(diào)節(jié)）?？稍O(shè)定，在使用過程中可調(diào)節(jié)（亮度調(diào)節(jié)）。有完善的保護(hù)電路，如低壓鎖存、過壓保護(hù)

3、、過熱保護(hù)、輸出開路或有完善的保護(hù)電路，如低壓鎖存、過壓保護(hù)、過熱保護(hù)、輸出開路或短路保護(hù)等。短路保護(hù)等。外圍元件少而小，使其占印制板面積小，以便小尺寸封裝。外圍元件少而小，使其占印制板面積小，以便小尺寸封裝。使用方便，價位低，對其他電路的干擾影響小。使用方便，價位低，對其他電路的干擾影響小。2 常用的常用的LED電源驅(qū)動方案電源驅(qū)動方案1）低壓驅(qū)動）低壓驅(qū)動 2 ）過渡電壓驅(qū)動）過渡電壓驅(qū)動 3 ）高壓驅(qū)動）高壓驅(qū)動 4 ）市電驅(qū)動）市電驅(qū)動綜合控制驅(qū)動綜合控制驅(qū)動靜態(tài)顯示驅(qū)動電路靜態(tài)顯示驅(qū)動電路3 LED顯示驅(qū)動方式顯示驅(qū)動方式1）靜態(tài)顯示驅(qū)動法）靜態(tài)顯示驅(qū)動法2）動態(tài)顯示驅(qū)動法）動態(tài)顯示

4、驅(qū)動法動態(tài)顯示驅(qū)動電路動態(tài)顯示驅(qū)動電路3）MCU程序的實現(xiàn)程序的實現(xiàn)LED有關(guān)顯示功能的邏輯關(guān)系有關(guān)顯示功能的邏輯關(guān)系 實現(xiàn)定時中斷的方法實現(xiàn)定時中斷的方法 跑步機(jī)功能流程跑步機(jī)功能流程 4.2 LED與驅(qū)動器的匹配與驅(qū)動器的匹配 2 LED全部串聯(lián)方式3 LED全部并聯(lián)方式1 匹配問題的提出提綱提綱4 LED混聯(lián)方式5 交叉陣列形式6 驅(qū)動電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 匹配的差異級別包括發(fā)光強(qiáng)度和色度。色度決定顯示匹配的差異級別包括發(fā)光強(qiáng)度和色度。色度決定顯示的顏色，大多與執(zhí)行設(shè)計所使用的半導(dǎo)體工藝有關(guān)。的顏色，大多與執(zhí)行設(shè)計所使用的半導(dǎo)體工藝有關(guān)。電氣工作條件對色度的影響很小。對于發(fā)光強(qiáng)度而言，電氣工作

5、條件對色度的影響很小。對于發(fā)光強(qiáng)度而言，篩選工藝可測量在給定正向工作電流下發(fā)光強(qiáng)度篩選工藝可測量在給定正向工作電流下發(fā)光強(qiáng)度。1 匹配問題的提出匹配問題的提出2 LED全部串聯(lián)方式全部串聯(lián)方式1）電路特性）電路特性LED以全部串聯(lián)方式連接以全部串聯(lián)方式連接 2）驅(qū)動器選擇）驅(qū)動器選擇 1）電路特性）電路特性3 LED全部并聯(lián)方式全部并聯(lián)方式LED采用全部并聯(lián)方式采用全部并聯(lián)方式全部并聯(lián)方式應(yīng)用全部并聯(lián)方式應(yīng)用 當(dāng)某一只當(dāng)某一只LED因品質(zhì)不良而斷路時，因品質(zhì)不良而斷路時，如果采用穩(wěn)壓式如果采用穩(wěn)壓式LED驅(qū)動方式驅(qū)動器驅(qū)動方式驅(qū)動器的輸出電流將減小，但不影響余下的的輸出電流將減小，但不影響余下

6、的所有所有LED正常工作。正常工作。 如果采用恒流式如果采用恒流式LED驅(qū)動方式，由于驅(qū)動方式，由于驅(qū)動器的輸出電流保持不變，分配在驅(qū)動器的輸出電流保持不變，分配在余下的余下的LED中的電流將增大，容易損中的電流將增大，容易損壞所有的壞所有的LED。 解決辦法是盡量多地并聯(lián)解決辦法是盡量多地并聯(lián)LED，當(dāng)斷，當(dāng)斷開某一只開某一只LED時，分配在余下的時，分配在余下的LED中的電流不大，不至于影響余下的中的電流不大，不至于影響余下的LED正常工作。正常工作。2） 驅(qū)動器的選擇驅(qū)動器的選擇 4 LED混聯(lián)方式混聯(lián)方式 1）電路組成）電路組成LED采用混聯(lián)方式連接圖采用混聯(lián)方式連接圖 當(dāng)某一串聯(lián)支路

7、上有一當(dāng)某一串聯(lián)支路上有一只只LED品質(zhì)不良而短路品質(zhì)不良而短路時，不管采用穩(wěn)壓式驅(qū)時，不管采用穩(wěn)壓式驅(qū)動方式還是恒流式驅(qū)動動方式還是恒流式驅(qū)動方式，該串聯(lián)支路相當(dāng)方式，該串聯(lián)支路相當(dāng)于少了一只于少了一只LED，通過，通過該串聯(lián)電路的電流將增該串聯(lián)電路的電流將增大，多表現(xiàn)為斷路。大，多表現(xiàn)為斷路。 斷開一個斷開一個LED串聯(lián)支路串聯(lián)支路后，如果采用穩(wěn)壓式驅(qū)后，如果采用穩(wěn)壓式驅(qū)動方式，驅(qū)動器的輸出動方式，驅(qū)動器的輸出電流將減小，而不影響電流將減小，而不影響余下的所有余下的所有LED正常工正常工作。作。2）電路性能分析）電路性能分析LED采用混聯(lián)方式應(yīng)用采用混聯(lián)方式應(yīng)用5 交叉陣列形式交叉陣列形式

8、 LED交叉陣列形式的電路圖交叉陣列形式的電路圖 LED驅(qū)動電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)驅(qū)動電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡單的簡單的LED驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖驅(qū)動電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 LED驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)框圖驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)框圖 4.3 LED與驅(qū)動器的匹配與驅(qū)動器的匹配 2電感式LED驅(qū)動器3電荷泵式LED驅(qū)動器1電容降壓式LED驅(qū)動器提綱提綱4 LED恒流驅(qū)動器5 LED調(diào)光驅(qū)動 電路中利用兩只反向并聯(lián)的電路中利用兩只反向并聯(lián)的LED對降壓后的交流電進(jìn)行整對降壓后的交流電進(jìn)行整流。該電路廣泛應(yīng)用在夜光燈、按鈕指示燈及一些要求不流。該電路廣泛應(yīng)用在夜光燈、按鈕指示燈及一些要求不高的位置指示燈等場合。高的位置指示燈等場合。1電容降壓式

9、電容降壓式LED驅(qū)動器驅(qū)動器1) 最簡單的電容降壓電路最簡單的電容降壓電路最簡單最簡單LED的電容降壓電路的電容降壓電路2) 采用壓敏電阻的電容降壓采用壓敏電阻的電容降壓LED驅(qū)動電路驅(qū)動電路3) 采用可控硅的電容降壓采用可控硅的電容降壓LED驅(qū)動電路驅(qū)動電路4) 具有濾波單元的電容驅(qū)動電路具有濾波單元的電容驅(qū)動電路 2 電感式電感式LED驅(qū)動器驅(qū)動器 典型電感式典型電感式LED驅(qū)動器的原理圖驅(qū)動器的原理圖3 電荷泵式電荷泵式LED驅(qū)動器驅(qū)動器基于電荷泵的基于電荷泵的LED驅(qū)動器組成框圖驅(qū)動器組成框圖利用電荷泵控制利用電荷泵控制3個個LED將將MAX1916的輸出并聯(lián)，提供更高的電流增益的輸出

10、并聯(lián)，提供更高的電流增益新型電荷泵變換器的特點(diǎn)新型電荷泵變換器的特點(diǎn) 1)提高輸出電流及降低輸出提高輸出電流及降低輸出電阻電阻 2)減小功耗減小功耗 3)擴(kuò)大輸入電壓范圍擴(kuò)大輸入電壓范圍 4)減小所占印制板的面積減小所占印制板的面積 5)輸出負(fù)電壓可調(diào)整輸出負(fù)電壓可調(diào)整通過電阻設(shè)定輸出電壓的電路圖通過電阻設(shè)定輸出電壓的電路圖電荷泵的選用電荷泵的選用 轉(zhuǎn)換效率要高。轉(zhuǎn)換效率要高。 靜態(tài)電流要小，可以實現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。靜態(tài)電流要小，可以實現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。 輸入電壓要低，盡可能利用電池的潛能。輸入電壓要低，盡可能利用電池的潛能。 噪聲要小，對整體電路無干擾。噪聲要小，對整體電路無干擾。 功能集成度要高，以提

11、高單位面積的使用效率，便于設(shè)計功能集成度要高，以提高單位面積的使用效率，便于設(shè)計更小型的電子產(chǎn)品。更小型的電子產(chǎn)品。 具有足夠的輸出調(diào)整能力，以使電荷泵不會因工作在滿負(fù)具有足夠的輸出調(diào)整能力，以使電荷泵不會因工作在滿負(fù)荷狀態(tài)下而發(fā)熱。荷狀態(tài)下而發(fā)熱。 電荷泵的封裝尺寸要小，這是電子產(chǎn)品的普遍要求。安裝電荷泵的封裝尺寸要小，這是電子產(chǎn)品的普遍要求。安裝成本低，包括電荷泵周邊電成本低，包括電荷泵周邊電 路要少占路要少占PCB面積，并且走線少而簡單。面積，并且走線少而簡單。 要具有關(guān)閉控制端，可在長時間待機(jī)狀態(tài)下關(guān)閉電荷泵，要具有關(guān)閉控制端，可在長時間待機(jī)狀態(tài)下關(guān)閉電荷泵，使供電電流消耗近乎為零。使

12、供電電流消耗近乎為零。 可控恒流源應(yīng)是實現(xiàn)可控恒流源應(yīng)是實現(xiàn)亮度控制最簡單的方亮度控制最簡單的方案。案。 LCD背光裝置則大多背光裝置則大多采用采用PWM電源為電源為LED供電，以避免這供電，以避免這一一“色偏色偏”問題。問題。 目前多已改用集成恒目前多已改用集成恒流源為白光流源為白光LED供電，供電，可以消除電源電壓變可以消除電源電壓變動所造成的不利影響。動所造成的不利影響。 4 LED恒流驅(qū)動器恒流驅(qū)動器 恒流源集成電路恒流源集成電路AS1109的封裝形式的封裝形式5 LED調(diào)光驅(qū)動調(diào)光驅(qū)動( 四種實現(xiàn)方式四種實現(xiàn)方式)4.4 典型典型DC/DC變換電路變換電路2有變壓器隔離的DC/DC變

13、換電路1 無隔離的DC/DC變換電路提綱提綱1 無隔離的無隔離的DC/DC變換電路變換電路1）降壓式變換器）降壓式變換器如圖如圖a所示所示無隔離的無隔離的DC/DC變換電路變換電路2）升壓式變換器）升壓式變換器如圖如圖b所示所示3）降升壓式變換器）降升壓式變換器 如圖如圖c所示所示 2 有變壓器隔離的有變壓器隔離的DC/DC變換電路變換電路1）單端正激）單端正激DC/DC變換器變換器單端正激單端正激DC/DC變換器的電路圖變換器的電路圖2）單端反激）單端反激DC/DC變換器變換器單端反激單端反激DC/DC變換器的電路圖變換器的電路圖3）雙管正激）雙管正激DC/DC變換器變換器雙管正激雙管正激D

14、C門門DC變換器的電路圖變換器的電路圖4）雙管反激）雙管反激DC/DC變換器變換器雙管反激雙管反激DC/DC變換器的電路圖變換器的電路圖5）半橋）半橋DC/DC變換器變換器半橋半橋DC/DC變換器的電路圖變換器的電路圖6）全橋）全橋DC/DC變換器變換器全橋全橋DC/DC變換器的電路圖變換器的電路圖7）推挽式）推挽式DC/DC變換器變換器推挽式推挽式DC/DC變換器的電路圖變換器的電路圖4.5 白光白光LED驅(qū)動電路驅(qū)動電路2白光LED驅(qū)動方案的選擇3常見的白光LED驅(qū)動電路1調(diào)光功能的實現(xiàn)方式提綱提綱 采用模擬方式調(diào)光技術(shù)時，只需將白光采用模擬方式調(diào)光技術(shù)時，只需將白光LED的電流降至的電流

15、降至最大值的一半，就能讓屏幕亮度降低最大值的一半，就能讓屏幕亮度降低50%。這種方法的。這種方法的缺點(diǎn)是白光缺點(diǎn)是白光LED的色移需要模擬控制信號。的色移需要模擬控制信號。 PWM方式調(diào)光技術(shù)可在減小的電流占空周期內(nèi)提供完整方式調(diào)光技術(shù)可在減小的電流占空周期內(nèi)提供完整的電流給白光的電流給白光LED，例如要將亮度降低一半，只需在，例如要將亮度降低一半，只需在50%的占空周期內(nèi)提供完整的電流。的占空周期內(nèi)提供完整的電流。 1調(diào)光功能的實現(xiàn)方式調(diào)光功能的實現(xiàn)方式調(diào)光功能的實現(xiàn)方式可分為兩種：模擬方式和調(diào)光功能的實現(xiàn)方式可分為兩種：模擬方式和PWM方式。方式。 所有專為驅(qū)動白光所有專為驅(qū)動白光LED而

16、設(shè)計的而設(shè)計的IC都提供恒定電都提供恒定電流，其中絕大多數(shù)是基于電感或電荷泵的解決方流，其中絕大多數(shù)是基于電感或電荷泵的解決方案，這兩種解決方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)。案，這兩種解決方案各有其優(yōu)缺點(diǎn)。 電荷泵解決方案也稱為開關(guān)電容器解決方案，利電荷泵解決方案也稱為開關(guān)電容器解決方案，利用分離電容器將電源從輸入端傳送至輸出端，整用分離電容器將電源從輸入端傳送至輸出端，整個過程不需使用任何電感，所以是受歡迎的解決個過程不需使用任何電感，所以是受歡迎的解決方案。方案。 電感式驅(qū)動電路體積小，效率高，適合為絕大多電感式驅(qū)動電路體積小，效率高，適合為絕大多數(shù)便攜式電子產(chǎn)品提供更長的電池使用時間。數(shù)便攜式電子產(chǎn)品提

17、供更長的電池使用時間。 2 白光白光LED驅(qū)動方案的選擇驅(qū)動方案的選擇 電感式升壓變換器解決方案電感式升壓變換器解決方案 該電路利用電壓源變換器與該電路利用電壓源變換器與限流電阻來控制白光限流電阻來控制白光LED的的電流。電流。 該做法的優(yōu)點(diǎn)是可以選用多該做法的優(yōu)點(diǎn)是可以選用多種穩(wěn)壓器，同時只需將穩(wěn)壓種穩(wěn)壓器，同時只需將穩(wěn)壓器的一端連接到白光器的一端連接到白光LED上；上； 缺點(diǎn)是由于限流電阻所帶來缺點(diǎn)是由于限流電阻所帶來的功率耗損以及白光的功率耗損以及白光LED的的正向電流沒有被精確控制，正向電流沒有被精確控制，因此效率不佳。因此效率不佳。 3 常見的白光常見的白光LED驅(qū)動電路驅(qū)動電路電壓

18、源變換器與限流電阻電壓源變換器與限流電阻 1）電壓源變換器與限流電阻電路）電壓源變換器與限流電阻電路 該電路對于同一該電路對于同一生產(chǎn)廠同批次的生產(chǎn)廠同批次的LED來說匹配精來說匹配精度較高，而對不度較高，而對不同生產(chǎn)廠不同批同生產(chǎn)廠不同批次的次的LED來說匹來說匹配精度較差。配精度較差。 2）電流源變換器與限流電阻電路）電流源變換器與限流電阻電路電流源變換器與限流電阻電流源變換器與限流電阻 電流的穩(wěn)定精度電流的穩(wěn)定精度與匹配度由每個與匹配度由每個獨(dú)立的電流控制獨(dú)立的電流控制器的精度所決定。器的精度所決定。 采用采用MAX1570變變換器可達(dá)到換器可達(dá)到2%的的電流精度以及電流精度以及0.3%

19、的電流匹配的電流匹配度。度。 3）多重電流源變換器）多重電流源變換器 多重電流源變換器多重電流源變換器 采用電感升壓采用電感升壓式變換器來穩(wěn)式變換器來穩(wěn)定白光定白光LED電電流的電路，其流的電路，其中反饋電壓可中反饋電壓可以將電流檢測以將電流檢測電阻的功率損電阻的功率損耗降到最低。耗降到最低。 電感升壓式變換器且電感升壓式變換器且LED以串以串聯(lián)形式連接聯(lián)形式連接4）電感升壓式變換器且）電感升壓式變換器且LED以串聯(lián)形式連接以串聯(lián)形式連接4.6 LED集成驅(qū)動電路集成驅(qū)動電路 2 開關(guān)式驅(qū)動LED的電路3 限流開關(guān) 1 電荷泵驅(qū)動電路提綱提綱4 閃光燈用LED驅(qū)動器5 六路串聯(lián)白光LED驅(qū)動6

20、 集成肖特基二極管驅(qū)動器 （1）主要技術(shù)特性）主要技術(shù)特性固定高頻工作頻率為固定高頻工作頻率為2MHz。輸出電流為輸出電流為lOOmA。輸出電壓穩(wěn)定，輸出電壓穩(wěn)定，CAT3200-5的輸出電壓固定為的輸出電壓固定為5V，CAT3200的輸出的輸出電壓可調(diào)。電壓可調(diào)。靜態(tài)電流的典型值為靜態(tài)電流的典型值為1.7mA。輸入電壓低至輸入電壓低至2.7V時仍可正常工作。時仍可正常工作。具有軟啟動、斜率控制，過熱關(guān)斷保護(hù)等功能。具有軟啟動、斜率控制，過熱關(guān)斷保護(hù)等功能。低值的外部電容（低值的外部電容（1uF）。）。關(guān)斷電流小于關(guān)斷電流小于lUA，有折返電流上限保護(hù)和過熱保護(hù)。，有折返電流上限保護(hù)和過熱保護(hù)

21、。CAT3200-5采用小型（厚度為采用小型（厚度為Imm）6腳腳SOT-23封裝，封裝，CAT3200采采用用MSOP-8和小型（厚度為和小型（厚度為0.8mm）TDFN封裝。封裝。1 電荷泵驅(qū)動電路電荷泵驅(qū)動電路1）CAT3200/CAT3200-5電荷泵驅(qū)動的白光電荷泵驅(qū)動的白光LED電路電路(2)典型應(yīng)用電路典型應(yīng)用電路CAT3200和和CAT3200-5的典型應(yīng)用電路的典型應(yīng)用電路 （1） MAX1576的主要技術(shù)特性的主要技術(shù)特性驅(qū)動多達(dá)驅(qū)動多達(dá)8個個LED。30mA驅(qū)動用于背光照明，驅(qū)動用于背光照明，400mA驅(qū)動用于閃光驅(qū)動用于閃光燈。燈。在整個鋰離子電池放電過程中可實現(xiàn)在整個

22、鋰離子電池放電過程中可實現(xiàn)85%的平均效率，的平均效率，LED的電流匹的電流匹配精度為配精度為0.7%。自適應(yīng)的自適應(yīng)的lx、1.5x、2x模式切換，靈活的亮度控制。模式切換，靈活的亮度控制。單線，串行脈沖接口單線，串行脈沖接口(5%l00%)，2位（位（3電平）對數(shù)邏輯。電平）對數(shù)邏輯。低輸入紋波和低輸入紋波和EMI，O.luA低關(guān)斷電流。低關(guān)斷電流。電源電壓范圍為電源電壓范圍為2.75.5V。具有軟啟動限制浪涌電流、輸出過壓保護(hù)和熱關(guān)斷保護(hù)功能。具有軟啟動限制浪涌電流、輸出過壓保護(hù)和熱關(guān)斷保護(hù)功能。MAX1576采用采用24引腳引腳4mm4mm薄型薄型QFN封裝封裝(最大厚度為最大厚度為0

23、.8mm)。2）MAX1576電荷泵驅(qū)動的白光電荷泵驅(qū)動的白光LED電路電路（2）典型應(yīng)用電路）典型應(yīng)用電路 MAX1576電荷泵驅(qū)動白光電荷泵驅(qū)動白光LED的電路的電路 AAT3110的主要技術(shù)參數(shù)的主要技術(shù)參數(shù)輸入電壓：輸入電壓：Vn.I= 2.75.5V。輸出電壓：輸出電壓：VOUT= 5.OV/lOOmA。靜態(tài)電流：靜態(tài)電流：Iq= 13uA。停機(jī)狀態(tài)電流：停機(jī)狀態(tài)電流：ISHDN= luA。工作效率：工作效率：90%以上。以上。工作頻率：工作頻率：750kHz。3）AAT3110電荷泵驅(qū)動的白光電荷泵驅(qū)動的白光LED電路電路AAT3110電荷泵驅(qū)動的白光電荷泵驅(qū)動的白光LED電路電路 SR036驅(qū)動白光驅(qū)動白光LED的應(yīng)用電路的應(yīng)用電路2 開關(guān)式驅(qū)動開關(guān)式驅(qū)動LED的電路的電路1) SR03驅(qū)動白光驅(qū)動白光LED的電路的電路 R1211系列產(chǎn)品采系列產(chǎn)品采用了用了CMOS工藝，是具工藝，是具有電流控制功能的低功有電流控制功能的低功耗開關(guān)式升壓變換器耗開關(guān)式升壓變換器; 外圍電路簡單，只外圍電路簡單，只需一個電感、一個二極需一個電感、一個二極管、一個場效應(yīng)管以及管、一個場效應(yīng)管以及幾個電阻和電容，輸入幾個電阻和電容，輸入電壓范圍是電壓范圍是2.55.5V，適用于單節(jié)鋰