文档介绍：高亮度LED驱动动态及电路集锦
关键词:LED,LED驱动电路,光电器件,无源元件,PWM,
摘要: 高亮度LED是经过特殊处理的PN结半导体器件,正向偏置时可发出白光、红光、绿
光或蓝光(也可能产生其它颜色光). 近几年,高亮度LED(HB LED)在各种照明系统中
作为光源日益受到青睐, 在汽车照明、公共标示与信号标志以及建筑照明中得到普遍应用。
本文讨论了多种能够调节高亮度LED的驱动电流的电路.
1. 为照明系统中高亮度 LED 提供高效电流驱动
本文讨论的简单电路能够调节高亮度 LED 的驱动电流,该电路采用非定制、高度集成的降
压型开关调节器(MAX5035),能够准确地控制流过 LED 的电流。MAX5035 DC/DC 转换
器在至 76V 宽输入电压范围内保持 125kHz 固定工作频率,是汽车应用的理想之选。
亮度控制可以通过模拟(线性调节)或低频占空比(PWM)方式实现。
高亮度 LED 发展背景
近几年,高亮度 LED(HB LED)在各种照明系统中作为光源日益受到青睐,这是由于高亮
度 LED 具有高度的可靠性,使用寿命可以达到几十甚至几万小时,比传统的白炽灯或卤素
灯的使用寿命高出几个数量级。基于这一优势,高亮度 LED 在汽车照明、公共标示与信号
标志以及建筑照明中得到普遍应用。
高亮度 LED 是经过特殊处理的 PN 结半导体器件,正向偏置时可发出白光、红光、绿光或
蓝光(也可能产生其它颜色光)。作为 PN 结它们表现出类似于传统二极管的 V-I 特性,但
具有较高的结压降。在正向电压达到 VF (从红光 LED 的到蓝光 LED 的 ),流
过 LED 的电流很小;一旦正向电压达到 VF,电流将迅速上升(与传统二极管相同)。因此,
必须采用限流措施限制电流的上升,以防 LED 损坏。目前有三种基本的限流方式,表 1 对
这三种方式进行了对比:
高亮度 LED 开关电源
图 1 是基于固定频率、高集成度 PWM 开关转换器 MAX5035 的高亮度 LED 电源原理图,
输出电流可达 1A。另一类似器件 MAX5033 的输出电流可以达到 500mA。这款基于电感的
buck 调节器能够准确控制流过 LED (或几个串联 LED,总电压为 12V)的电流。MAX5035
的开关频率为 125kHz,输入电压范围高达 76V (需使用更高额定电压的输入电容和二极
管)。此电路可以在较宽的输入电压范围内控制并保持恒定的 LED 电流。表 2 总结了该电
路的设计规格。
利用图 1 电路在控制端作用一个电压调节 LED 电流(图 2)。图 3 给出了这一控制架构的
效率。
2. 具有亮度调节功能的高亮度 LED 驱动器
Maxim 推出具有宽输入电压范围的高亮度(HB) LED 驱动器 MAX16801/MAX16802。
MAX16801 适合通用的交流输入(85V 至 265V 交流电压整流输入)LED 驱动器,
MAX16802 则适用于直流输入 LED 驱动器( 至 24VDC,采用外部偏置时输入电压
可以更高)。MAX16801/MAX16802 具有 262kHz 固定开关频率,采用电流模式控制方案。
配合使用外部 MOSFET,可提供大功率输出(超过 50W),并可获得较高效率(85%以
上)。允许使用小尺寸元件,从而降低了系统成本。可以驱动几路串联的 HB LED,通过
PWM 或线性亮度调节实现较宽(0 至 100%)的调节范围。需要精确调节 LED 电流时,
可利用内部误差放大器和精度为 1%的基准进行调节。
MAX16801/MAX16802 工作在扩展级温度范围(-40℃至+85℃),采用表面贴装、8 引脚
μMAX 无铅封装。
3. 用电池组驱动七个高亮度白光 LED 的电路设计
为驱动一个以上的高亮度白光 LED,设计工程师需要选择是串联连接 LED 或是并联连接
LED。当然,每种连接方式都会给设计带来折衷。
并联连接只需在每个 LED 两端施加较低的电压,但需要利用镇流电阻或电流源来保证每个
LED 的亮度一致。如果流过每个 LED 的偏置电流大小不同,则它们的亮度也不同,从而导
致整个光源亮度不均匀。然而,利用镇流电阻或电流源来保证 LED 的亮度一致将缩短电池
的使用寿命。
采用串联连接本质上可以很好保证电流的一致性,但需要给 LED 串施加较高电压。为达到
适当的照明亮度,普通白光 LED 需要偏置电压和最大 20mA 的偏置电流。图 1 给出
了可以调节 7 个白光 LED 串亮度的低成本电感型升压电路。