LED驅(qū)動(dòng)器原理（LED電源驅(qū)動(dòng)的工作原理）

關(guān)于LED驅(qū)動(dòng)器原理，LED電源驅(qū)動(dòng)的工作原理這個(gè)問(wèn)題很多朋友還不知道，今天小六來(lái)為大家解答以上的問(wèn)題，現(xiàn)在讓我們一起來(lái)看看吧！

1、LED驅(qū)動(dòng)電源原理介紹 　　下圖為正向壓降(VF)和正向電流的(IF)關(guān)系曲線，由曲線可知，當(dāng)正向電壓超過(guò)某個(gè)閾值(約2V)，即通常所說(shuō)的導(dǎo)通電壓之后，可近似認(rèn)為，IF與VF成正比。

2、見(jiàn)表是當(dāng)前主要超高亮LED的電氣特性。

3、由表可知，當(dāng)前超高亮LED的最高IF可達(dá)1A，而VF通常為2～4V。

4、 　　由于LED光特性通常都描述為電流的函數(shù)，而不是電壓的函數(shù)，光通量(φV)與IF的關(guān)系曲線，因此，采用恒流源驅(qū)動(dòng)可以更好地控制亮度。

5、此外，LED的正向壓降變化范圍比較大(最大可達(dá)1V以上)，而由上圖中的VF-IF曲線可知，VF的微小變化會(huì)引起較大的，IF變化，從而引起亮度的較大變化。

6、所以,采用恒壓源驅(qū)動(dòng)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。

7、因此，超高亮LED通常采用恒流源驅(qū)動(dòng)。

8、 　　下圖是 LED的溫度與光通量(φV)關(guān)系曲線，由下圖可知光通量與溫度成反比，85℃時(shí)的光通量是25℃時(shí)的一半，而一40℃時(shí)光輸出是25℃時(shí)的1.8倍。

9、溫度的變化對(duì)LED的波長(zhǎng)也有一定的影響，因此，良好的散熱是LED保持恒定亮度的保證。

10、 下圖是LED的溫度與光通量關(guān)系曲線。

11、 　　一般LED驅(qū)動(dòng)電路介紹 　　由于受到LED功率水平的限制，通常需同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED以滿足亮度需求，因此，需要專門(mén)的驅(qū)動(dòng)電路來(lái)點(diǎn)亮LED。

12、下面簡(jiǎn)要介紹LED概念型驅(qū)動(dòng)電路。

13、 　　阻限流電路　　如下圖所示，電阻限流驅(qū)動(dòng)電路是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電路，限流電阻按下式計(jì)算。

14、 式中：Vin為電路的輸入電壓： VF為IED的正向電流; VF為L(zhǎng)ED在正向電流為，IF時(shí)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)。

15、 由上圖可得LED的線性化數(shù)學(xué)模型為 　式中：Vo為單個(gè)LED的開(kāi)通壓降; Rs為單個(gè)LED的線性化等效串聯(lián)電阻。

16、則上式限流電阻的計(jì)算可寫(xiě)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(jiǎn)單，但是，在輸入電壓波動(dòng)時(shí)，通過(guò)LED的電流也會(huì)跟隨變化，因此調(diào)節(jié)性能差。

17、另外，由于電阻R的接人損失的功率為xRIF，因此效率低。

18、 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(dòng)態(tài)可調(diào)電阻來(lái)控制負(fù)載。

19、線性調(diào)節(jié)器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。

20、 　　下圖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(huà)出了一個(gè)LED，實(shí)際上負(fù)載可以是多個(gè)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(shí)，通過(guò)分流調(diào)節(jié)器的電流將會(huì)增大，這將會(huì)增大限流電阻上的壓降，以使通過(guò)LED的電流保持恒定。

21、 　　由于分流調(diào)節(jié)器需要串聯(lián)一個(gè)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)。

22、 　　下圖b所示為串聯(lián)型調(diào)節(jié)器，當(dāng)輸入電壓增大時(shí)，調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)電阻增大，以保持LED上的電壓(電流)恒定。

23、 　　由于功率三極管或MOSFET管都有一個(gè)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。

24、 開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器介紹 　　上述驅(qū)動(dòng)技術(shù)不但受輸入電壓范圍的限制，而且效率低。

25、在用于低功率的普通LED驅(qū)動(dòng)時(shí)，由于電流只有幾個(gè)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(dòng)時(shí)，功率電路的損耗就成了比較嚴(yán)重的問(wèn)題。

26、開(kāi)關(guān)電源是目前能量變換中效率最高的，可以達(dá)到90%以上。

27、Buek、Boost和 Buck-Boost等功率變換器都可以用于LED的驅(qū)動(dòng)，只是為了滿足LED驅(qū)動(dòng)，采用檢測(cè)輸出電流而不是檢測(cè)輸出電壓進(jìn)行反饋控制。

28、 　　下圖(a)為采用Buck變換器的LED驅(qū)動(dòng)電路，與傳統(tǒng)的Buek變換器不同，開(kāi)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(dòng)，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(dòng)電路不但簡(jiǎn)單而且不需要輸出濾波電容，降低了成本。

29、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(gè)LED串聯(lián)的場(chǎng)合。

30、 上圖(b)為采用Boost變換器的LED驅(qū)動(dòng)電源，通過(guò)電感儲(chǔ)能將輸出電壓泵至比輸入電壓更高的期望值，實(shí)現(xiàn)在低輸入電壓下對(duì)LED的驅(qū)動(dòng)。

31、優(yōu)點(diǎn)是這樣的驅(qū)動(dòng)IC輸出可以并聯(lián)使用，有效的提高單顆LED功率。

32、 　　上圖(c)為采用Buck—Boost變換器的LED驅(qū)動(dòng)電路。

33、與Buek電路相似，該電路S的源極可以直接接地，從而方便了S的驅(qū)動(dòng)。

34、Boost和 Buck-Boosl變換器雖然比Buck變換器多一個(gè)電容，但是，它們都可以提升輸出電壓的絕對(duì)值，因此，在輸入電壓低，并且需要驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED時(shí)應(yīng)用較多。

35、 PWM調(diào)光知識(shí)介紹 　　在手機(jī)及其他消費(fèi)類電子產(chǎn)品中，白光LED越來(lái)越多地被使用作為顯示屏的背光源。

36、近來(lái)，許多產(chǎn)品設(shè)計(jì)者希望白光LED的光亮度在不同的應(yīng)用場(chǎng)合能夠作相應(yīng)的變化。

37、這就意味著，白光LED的驅(qū)動(dòng)器應(yīng)能夠支持LED光亮度的調(diào)節(jié)功能。

38、目前調(diào)光技術(shù)主要有三種：PWM調(diào)光、模擬調(diào)光、以及數(shù)字調(diào)光。

39、市場(chǎng)上很多驅(qū)動(dòng)器都能夠支持其中的一種或多種調(diào)光技術(shù)。

40、本文將介紹這三種調(diào)光技術(shù)的各自特點(diǎn)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者可以根據(jù)具體的要求選擇相應(yīng)的技術(shù)。

41、 　　PWM Dimming (脈寬調(diào)制) 調(diào)光方式——這是一種利用簡(jiǎn)單的數(shù)字脈沖，反復(fù)開(kāi)關(guān)白光LED驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光技術(shù)。

42、應(yīng)用者的系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖，即可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)白光LED的亮度。

43、PWM 調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提供高質(zhì)量的白光，以及應(yīng)用簡(jiǎn)單，效率高!例如在手機(jī)的系統(tǒng)中，利用一個(gè)專用PWM接口可以簡(jiǎn)單的產(chǎn)生任意占空比的脈沖信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻，連接到驅(qū)動(dòng)器的EN接口。

44、多數(shù)廠商的驅(qū)動(dòng)器都支持PWM調(diào)光。

45、 　　但是，PWM 調(diào)光有其劣勢(shì)。

46、主要反映在：PWM調(diào)光很容易使得白光LED的驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生人耳聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲(audible noise，或者microphonic noise)。

47、這個(gè)噪聲是如何產(chǎn)生?通常白光LED驅(qū)動(dòng)器都屬于開(kāi)關(guān)電源器件(buck、boost 、charge pump等)，其開(kāi)關(guān)頻率都在1MHz左右，因此在驅(qū)動(dòng)器的典型應(yīng)用中是不會(huì)產(chǎn)生人耳聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲。

48、但是當(dāng)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行PWM調(diào)光的時(shí)候，如果PWM信號(hào)的頻率正好落在200Hz到20kHz之間，白光LED驅(qū)動(dòng)器周?chē)碾姼泻洼敵鲭娙菥蜁?huì)產(chǎn)生人耳聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲。

49、所以設(shè)計(jì)時(shí)要避免使用20kHz以下低頻段。

50、 　　我們都知道，一個(gè)低頻的開(kāi)關(guān)信號(hào)作用于普通的繞線電感(wire winding coil)，會(huì)使得電感中的線圈之間互相產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，該機(jī)械振動(dòng)的頻率正好落在上述頻率，電感發(fā)出的噪音就能夠被人耳聽(tīng)見(jiàn)。

51、電感產(chǎn)生了一部分噪聲，另一部分來(lái)自輸出電容。

52、現(xiàn)在越來(lái)越多的手機(jī)設(shè)計(jì)者采用陶瓷電容作為驅(qū)動(dòng)器的輸出電容。

53、陶瓷電容具有壓電特性，這就意味著：當(dāng)一個(gè)低頻電壓紋波信號(hào)作用于輸出電容，電容就會(huì)發(fā)出吱吱的蜂鳴聲。

54、當(dāng)PWM信號(hào)為低時(shí)，白光LED驅(qū)動(dòng)器停止工作，輸出電容通過(guò)白光LED和下端的電阻進(jìn)行放電。

55、因此在PWM調(diào)光時(shí)，輸出電容不可避免的產(chǎn)生很大的紋波。

56、總之，為了避免PWM調(diào)光時(shí)可聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲，白光LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)該能夠提供超出人耳可聽(tīng)見(jiàn)范圍的調(diào)光頻率! 　　相對(duì)于PWM調(diào)光，如果能夠改變RS的電阻值，同樣能夠改變流過(guò)白光LED的電流，從而變化LED的光亮度。

57、我們稱這種技術(shù)為模擬調(diào)光。

58、 　　模擬調(diào)光最大的優(yōu)勢(shì)是它避免了由于調(diào)光時(shí)所產(chǎn)生的噪聲。

59、在采用模擬調(diào)光的技術(shù)時(shí)，LED的正向?qū)▔航禃?huì)隨著LED電流的減小而降低，使得白光LED的能耗也有所降低。

60、但是區(qū)別于PWM調(diào)光技術(shù)，在模擬調(diào)光時(shí)白光LED驅(qū)動(dòng)器始終處于工作模式，并且驅(qū)動(dòng)器的電能轉(zhuǎn)換效率隨著輸出電流減小而急速下降。

61、所以，采用模擬調(diào)光技術(shù)往往會(huì)增大整個(gè)系統(tǒng)的能耗。

62、模擬調(diào)光技術(shù)還有個(gè)缺點(diǎn)在于發(fā)光質(zhì)量。

63、由于它直接改變白光LED的電流，使得白光LED的白光質(zhì)量也發(fā)生了變化! 　　除了PWM調(diào)光，模擬調(diào)光，目前有些產(chǎn)商的驅(qū)動(dòng)器支持?jǐn)?shù)字調(diào)光。

64、具備數(shù)字調(diào)光技術(shù)的白光LED驅(qū)動(dòng)器會(huì)有相應(yīng)的數(shù)字接口。

65、該數(shù)字接口可以是SMB、I2C、或者是單線式數(shù)字接口。

66、系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只要根據(jù)具體的通信協(xié)議，給驅(qū)動(dòng)器一串?dāng)?shù)字信號(hào)，就可以使得白光LED的光亮發(fā)生變化。

本文分享完畢，希望對(duì)大家有所幫助。

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