基于電壓-電流的變化率特性,LED驅(qū)動器需要一個符合要求的設(shè)計,所以了解它們的特性和基于特定應(yīng)用選擇適當?shù)?strong>驅(qū)動電路是至關(guān)重要的。這樣專用的驅(qū)動電路才能為這些LED提供額定的電壓和電流,為它們正常工作創(chuàng)造一個良好的條件。
要達到發(fā)光的目的,LED需要一個正向電壓來讓電流流動。因此LED驅(qū)動器要為LED提供正向偏壓以便使其發(fā)光。LED的發(fā)光等級或亮度通常與正向電流的大小成正比。另外,通過LED的電流不應(yīng)該超過設(shè)備規(guī)定的額定電流,否則可能造成永久傷害。因而恒定電流驅(qū)動電路是將電流控制在驅(qū)動LED的正確水平的理想方案。換句話說,LED驅(qū)動電路就是一種提供恒定電流而非恒定電壓的電源轉(zhuǎn)換電路。LED驅(qū)動電路最少應(yīng)該包含一個電壓檢測電路和一個電流開關(guān)電路。
當電壓檢測電路探測到電源的不同電壓等級時,會向電流開光電路發(fā)送一個信號,然后電流開關(guān)電路被自動激活,使用預(yù)先確定的電流值來對LED的電氣設(shè)置進行重新調(diào)整,從而有效點亮盡可能多的LED。
線性驅(qū)動器
線性穩(wěn)壓器通過在穩(wěn)壓器輸出端和接地節(jié)點之間連接一個電流采樣電阻,可以提供一個產(chǎn)生恒定電流的簡單方法。該穩(wěn)壓器的恒定輸出電壓通過反饋電阻來產(chǎn)生恒定電流。電源參考電壓和電流采樣電阻決定了LED的電流。線性穩(wěn)壓器通常用于驅(qū)動低功率LED,比如像PDA這樣的便攜式設(shè)備的背光燈。這些LED的典型電流值在15 mA到25 mA之間,Vf在3.0 V到3.4V之間。如果線性驅(qū)動器用于為多個LED供電,則這些LED應(yīng)該串聯(lián),以確保通過所有LED的電流相同,從而使發(fā)光量大致相等。
線性驅(qū)動器的優(yōu)點是方案的成本和電磁干擾較低,因為線性穩(wěn)壓器只需要在驅(qū)動IC周圍放置幾個電阻,并不會使用開關(guān)元件。由于線性驅(qū)動器需要輸出很高的電壓以便提供LED電流,因此這種方案的缺點是效率較低,即LED電壓與電源電壓的比值較低。線性穩(wěn)壓器的主要局限性是電源電壓總是高于LED電壓,因而線性電壓源無法提高輸出電壓,而只能將電壓降低到一定的程度。這種低效率會造成發(fā)熱問題。
開關(guān)驅(qū)動器
對于較寬輸入范圍的高電流應(yīng)用來說,諸如上面所提到的簡單驅(qū)動器方案會產(chǎn)生較高的發(fā)熱量和較低的效率。而具有恒定電流輸出的開關(guān)驅(qū)動器則是驅(qū)動大功率LED的首選。該驅(qū)動器通常用于對串聯(lián)的電感和LED負載或并聯(lián)的電容和LED上的供電電壓進行開關(guān)控制。該電感或電容則用于當開關(guān)開啟時保存電能;然后在開關(guān)關(guān)閉是為LED提供電流。與線性驅(qū)動器不同,開關(guān)驅(qū)動器可以配置實現(xiàn)電壓遞減(buck),遞增(boost)或兩者共存的功能。因此很明顯開關(guān)驅(qū)動器允許LED在較寬的輸入電壓范圍上工作。除了具有恒定發(fā)光量的電流調(diào)整功能,它們還能將電能損失降到最低。毋庸置疑的是開關(guān)穩(wěn)壓器比線性穩(wěn)壓器更有效率。然而與線性穩(wěn)壓器相比,開關(guān)驅(qū)動器成本更高并且需要針對EMI問題進行謹慎的設(shè)計。為了通過適當?shù)姆绞絹眚?qū)動LED,需要找到一個最令人滿意的性能價格比。
PWM調(diào)光
許多LED應(yīng)用都需要調(diào)光功能,比如LED背光或建筑照明調(diào)光。通過調(diào)整LED的亮度和對比度可以實現(xiàn)調(diào)光功能。簡單的降低器件的電流也許能夠?qū)ED發(fā)光進行調(diào)整。但是讓LED在低于額定電流的情況下工作會造成許多不良后果,比如色差問題。
取代簡單電流調(diào)整的方法是在LED驅(qū)動器中集成脈寬調(diào)制(PWM)控制器。PWM的信號并不直接用于控制LED,而是控制一個開關(guān),例如一個MOSFET,以向LED提供所需的電流。PWM控制器通常在一個固定頻率上工作并且對脈寬進行調(diào)整,以匹配所需的占空比。當前大多數(shù)LED芯片都使用PWM來控制LED發(fā)光。為了確保人們不會感到明顯的閃爍,PWM脈沖的頻率必須大于100 Hz。
PWM控制的主要優(yōu)點是通過PWM的調(diào)光電流更加精確,這樣就最大程度的降低了LED發(fā)光時的色差。
LED驅(qū)動器的其他特性
由于能夠發(fā)出比傳統(tǒng)照明光源更多的光,高亮度LED在許多照明應(yīng)用中占領(lǐng)了一席之地。但是這些LED會產(chǎn)生比傳統(tǒng)LED更多的熱量。因此,LED驅(qū)動器需要過熱保護功能以避免在持續(xù)工作中被發(fā)出的熱量所損壞。
用一個熱敏電阻可以實現(xiàn)一個過熱保護電路,用于當溫度達到預(yù)設(shè)值時切斷LED的電源。除了過熱保護,還有其他的安全問題需要考慮,例如短路保護和斷路保護。
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