1、LED 驱动电源原理本文介绍 LED 驱动电源原理超高亮 LED 的特性（图 1）为正向电流(IF)和正向压降(VF)的关系曲线，由曲线可知，当正向电压超过某个阈值(约 2V)，即通常所说的导通电压之后，可近似认为，IF 与 VF 成正比。见表是当前主要超高亮 LED 的电气特性。由图可知，当前超高亮 LED 的最高 IF 可达 1A，而 VF 通常为 24V。（图 1）由于 LED 的光特性通常都表述为电流的函数，而不是电压的函数，（图 2）是光通量(V)与 IF 的关系曲线，因此，采用恒流源驱动可以更好地控制亮度。此外，LED 的正向压降变化范围比较大(最大可达 1V 以上)，而由（图 1
2、）中的 VF-IF 曲线可知，VF 的微小变化会引起较大的，IF 变化，从而引起亮度的较大变化。所以,采用恒压源驱动不能保证 LED 亮度的一致性，并且影响 LED 的可靠性、寿命和光衰。因此，超高亮 LED 通常采用恒流源驱动。（图 2）（图 3）是 LED 的温度与光通量(V)关系曲线，由（图 3）可知光通量与温度成反比，85 时的光通量是 25时的一半，而一 40时光输出是 25时的 1.8 倍。温度的变化对 LFD 的波长也有一些影响，因此，良好的散热是 LED 保持恒定亮度的前提。（图 3）是 LED 的温度与光通量(V)关系曲线。（图 3）一般 LED 驱动电路介绍由于受到 LED
3、 功率水平的限制，通常需同时驱动多个 LED 以满足亮度需求，因此，需要专门的驱动电路来点亮 LED。下面简要介绍 LED 概念型驱动电路。阻限流电路如（图 4）所示，电阻限流驱动电路是最简单的驱动电路，限流电阻按下式计算。（图 4）式中：Vin 为电路的输入电压： IF 为 IED 的正向电流; VF 为 LED 在正向电流 IF 时的压降; VD 为防反二极管的压降(可选); y 为每串 LED 的数目; x 为并联 LED 的串数。由上图可得 LED 的线性化数学模型为式中：Vo 为单个 LED 的开通压降; Rs 为单个 LED 的线性化等效串联电阻。则上式限流电阻的计算可写为 当电阻
4、选定后，电阻限流电路的 IF 与 VF 的关系为 由上式可知电阻限流电路简单，但是，在输入电压波动时，通过 LED 的电流也会跟随变化，因此调节性能差。另外，由于电阻 R 的接人损失的功率为 xRIF，因此效率低。线性调节器介绍线性调节器的核心是利用工作于线性区的功率三极管或 MOSFFET 作为一动态可调电阻来控制负载。线性调节器有并联型和串联型两种。（图 5）a 所示为并联型线性调节器又称为分流调节器( 图中仅画出了一个 LED，实际上负载可以是多个LED 串联，下同)，它与 LED 并联，当输入电压增大或者 LED 减少时，通过分流调节器的电流将会增大，这将会增大限流电阻上的压降，以使通
5、过 LED 的电流保持恒定。由于分流调节器需要串联一个电阻，所以效率不高，并且在输入电压变化范围比较宽的情况下很难做到恒定的调节。（图 5）b 所示为串联型调节器，当输入电压增大时，调节动态电阻增大，以保持 LED 上的电压(电流)恒定。（图 5）由于功率三极管或 MOSFET 管都有一个饱和导通电压，因此，输入的最小电压必须大于该饱和电压与负载电压之和，电路才能正确地工作。开关调节器介绍上述驱动技术不但受输入电压范围的限制，而且效率低。在用于低功率的普通 LED 驱动时，由于电流只有几个 mA，因此损耗不明显，当用作电流有几百 mA 甚至更高的高亮 LED 的驱动时，功率电路的损耗就成了比较
6、严重的问题。开关电源是目前能量变换中效率最高的，可以达到 90%以上。Buek、Boost 和 Buck-Boost 等功率变换器都可以用于 LED 的驱动，只是为了满足 LED 的恒流驱动，采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制。（图 6）(a)为采用 Buck 变换器的 LED 驱动电路，与传统的 Buek 变换器不同，开关管 S 移到电感 L 的后面，使得 S 源极接地，从而方便了 S 的驱动，LED 与 L 串联，而续流二极管 D 与该串联电路反并联，该驱动电路不但简单而且不需要输出滤波电容，降低了成本。但是，Buck 变换器是降压变换器，不适用于输入电压低或者多个 LED 串联的场合。（图 6）（图 6） (b)为采用 Boost 变换器的 LED 驱动电路，通过电感储能将输出电压泵至比输入电压更高的期望值，实现在低输入电压下对 LED 的驱动。优点是这样的驱动 IC 输出可以并联使用，有效的提高单颗 LED 功率。（图 6）(c)为采用 BuckBoost 变换器的 LED 驱动电路。与 Buek 电路类似，该电路 S 的源极可以直接接地，这样方便了 S 的驱动。Boost 和 Buck-Boosl 变换器虽然比 Buck 变换器多一个电容，但是，它们都可以提升输出电压的绝对值。因此，在输入电压低，并且需要驱动多个 LED 时应用较多。
