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LED驅(qū)動設(shè)計思想

字體變大字體變小發(fā)布日期：2014-05-20 瀏覽次數(shù)：1200

核心提示：LED在可攜式產(chǎn)品中背光源的地位已經(jīng)不可動搖，即便是在大尺寸LCD的背光源當(dāng)中，LED也開始挑戰(zhàn)CCFL（冷陰極螢光燈）的主流地位；而在照明領(lǐng)域，LED作為半導(dǎo)體照明最關(guān)鍵的部件，更是因為頂著節(jié)能、環(huán)保、長壽命、免維護等諸多光環(huán)而受到市場的追捧。

LED在可攜式產(chǎn)品中背光源的地位已經(jīng)不可動搖，即便是在大尺寸LCD的背光源當(dāng)中，LED也開始挑戰(zhàn)CCFL（冷陰極螢光燈）的主流地位；而在照明領(lǐng)域，LED作為半導(dǎo)體照明最關(guān)鍵的部件，更是因為頂著節(jié)能、環(huán)保、長壽命、免維護等諸多光環(huán)而受到市場的追捧。驅(qū)動電路是LED（發(fā)光二極管）產(chǎn)品的重要組成部分，無論在照明、背光源還是顯示板領(lǐng)域，驅(qū)動電路技術(shù)架構(gòu)的選擇都應(yīng)與具體的應(yīng)用相匹配。

LED的發(fā)光原理是在它兩端加上正向電壓，使半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合，放出過剩能量，從而引起光子的發(fā)射。LED驅(qū)動電路的主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為恒流電源，同時按照LED器件的要求完成與LED的電壓和電流的匹配。

LED驅(qū)動電路除了要滿足安全要求外，另外的基本功能應(yīng)有兩個方面：

一、盡可能保持恒流特性，尤其在電源電壓發(fā)生±15%的變動時，仍應(yīng)能保持輸出電流在±10%的范圍內(nèi)變動。

1、避免驅(qū)動電流超出最大額定值，影響其可靠性。

2、獲得預(yù)期的亮度要求，并保證各個LED亮度、色度的一致性。

二、驅(qū)動電路應(yīng)保持較低的自身功耗，這樣才能使LED的系統(tǒng)效率保持在較高水準。

PWM（脈寬調(diào)制）技術(shù)是一種傳統(tǒng)的調(diào)光方式，它利用簡單的數(shù)位脈沖，反覆開關(guān)LED驅(qū)動器，系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)位式脈沖，即可簡單地實現(xiàn)改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)LED的亮度。該技術(shù)的優(yōu)點在于能夠提供高品質(zhì)的白光，以及應(yīng)用簡單，效率高，但一個致命的缺點是容易產(chǎn)生電磁干擾，有時甚至?xí)a(chǎn)生人耳能聽見的雜訊。

升壓是LED驅(qū)動電路的重要任務(wù)，而電感升壓和電荷泵升壓是兩種不同的拓撲模式。“由于LED是由電流驅(qū)動的，而電感在進行電流轉(zhuǎn)換時效率最高，因此電感升壓方式最大的優(yōu)點就是效率高，如果設(shè)計得當(dāng)可以超過90%；不過它的缺點也同樣明顯，就是電磁干擾很強，對手機等通信產(chǎn)品的系統(tǒng)要求就非常高。隨著電荷泵的出現(xiàn)，采用電荷泵的升壓方式其效率將低于電感升壓。

無論在照明應(yīng)用還是背光應(yīng)用領(lǐng)域，提高驅(qū)動電路的轉(zhuǎn)換效率都是產(chǎn)品設(shè)計者必須面對的問題。提高轉(zhuǎn)換效率，不僅有利于可攜式產(chǎn)品延長待機時間，同時也是解決LED散熱問題的重要手段。在照明領(lǐng)域，由于使用大功率LED，因此提高轉(zhuǎn)換效率就顯得尤為重要。

LED在工作時需要有穩(wěn)流、穩(wěn)壓的元件，但是此類元件應(yīng)具備自身承擔(dān)的分壓高，但功耗要小的特性，否則將使具有較高效率的LED因為驅(qū)動電路的工作功耗太大而使總體系統(tǒng)的效率大為降低，有悖于節(jié)能高效的宗旨。所以應(yīng)盡可能不采用電阻或串聯(lián)穩(wěn)壓電路來作為LED驅(qū)動器的限流主電路，而應(yīng)該采用電容、電感或有源開關(guān)電路等高效電路，這樣才能保證LED系統(tǒng)的高效率。采用串聯(lián)式集成恒功率輸出電路，可以使LED的光輸出在很寬的電源范圍內(nèi)保持恒定，但一般的IC電路會因此而使效率有所下降。采用有源開關(guān)電路可以保證在較高的轉(zhuǎn)換效率下實現(xiàn)電源電壓大幅度變化時恒功率輸出。

但是以其獨特的長處，可以在安全特地電壓（游泳池、劃水池內(nèi)水下燈具、礦燈）條件下高效工作。此外，在直接采用綠色電能（太陽能、風(fēng)能等），以及應(yīng)急照明方面也有著其獨特的優(yōu)勢。尤其在調(diào)光方面，LED不僅可實現(xiàn)0~100%的調(diào)光，并且可保證在整個調(diào)光過程保持較高光效，并且不損害LED的壽命，而氣體放電燈則很難做到這一點。

要求

LED驅(qū)動電路除了要滿足安全要求外,另外的基本功能應(yīng)有兩個方面：

一是盡可能保持恒流特性,尤其在電源電壓發(fā)生±15%的變動時,仍應(yīng)能保持輸出電流在±10%的范圍內(nèi)變動.主要原因是: 1、避免驅(qū)動電流超出最大額定值,影響其可靠性. 2、獲得預(yù)期的亮度要求,并保證各個LED亮度、色度的一致性。

二是驅(qū)動電路應(yīng)保持較低的自身功耗,這樣才能使LED的系統(tǒng)效率保持在較高水準。

直流控制

LED是由電流驅(qū)動的器件，其亮度與正向電流呈比例關(guān)系。有兩種方法可以控制正向電流。

第一種方法是采用LED V-I曲線來確定產(chǎn)生預(yù)期正向電流所需要向LED施加的電壓。其實現(xiàn)方法一般采用一個電壓電源和一個鎮(zhèn)流電阻器。如下所述，此方法有多項不足之處。LED正向電壓的任何變化都會導(dǎo)致LED電流的變化。如果額定正向電壓為3.6V，則圖1中LED的電流為20mA。如果電壓變?yōu)?4.0V，這是溫度或制造變化引起的特定壓變，那么正向電流則降低到14mA。正向電壓變化11%會導(dǎo)致更大的正向電流變化，達30%。另外，根據(jù)可用的輸入電壓，鎮(zhèn)流電阻的壓降和功耗會浪費功率和降低電池使用壽命。

第二種方法、也是首選的LED電流調(diào)整方法是利用恒流電源來驅(qū)動LED。

高效率

便攜式應(yīng)用中電池使用壽命是至關(guān)重要的。LED驅(qū)動器如果實用，就必須具備高效性。LED驅(qū)動器的效率測量與典型電源的效率測量不同。典型電源效率測量的定義是輸出功率除以輸入功率。而對于LED驅(qū)動器來說，輸出功率并非相關(guān)參數(shù)。重要的是產(chǎn)生預(yù)期LED亮度所需要的輸入功率值。這可以簡單地通過使LED 功率除以輸入功率來確定。請注意：如果這樣定義效率的話，則電流檢測電阻器中的功耗會導(dǎo)致電源功率耗散。通過圖3所示的公式，我們可以看出較小的電流傳感電壓會產(chǎn)生較高效率的LED驅(qū)動器。圖4說明了選用0.25V參考電壓的電源與選用1V參考電壓的電源相比，二者的效率提高情況。較低的電流傳感電壓電源更為有效，無論輸入電壓或LED電流如何，只要其他條件相同，較低的參考電壓都可以提高效率并延長電池的使用壽命。

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