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本文介紹了大功率和高亮度LED的多種驅動(dòng)方法。建立一個(gè)基于LED的系統需要完成以下任工作：1. 確定LED使用數量以及LED之間的連接方案；2. 選擇線(xiàn)形模式或開(kāi)關(guān)模式來(lái)驅動(dòng)LED；3. 選擇供電電源，即直流電壓、交流電源或電池；4. 光學(xué)分系統例如透鏡、表層濾鏡等。LED的數量取決于對亮度的要求與LED的驅動(dòng)電流。關(guān)于光學(xué)系統的介紹并不涵蓋在本篇文章內。 LED的連接方案 當LED的數量大于一時(shí)，就必須要確定一種LED連接方案。在選擇連接方案時(shí)并無(wú)硬性規則。有時(shí)只是偏愛(ài)問(wèn)題。有時(shí)LED的連接方案可依據驅動(dòng)器的選擇來(lái)決定。有時(shí)可用供電電源和所需效能也會(huì )影響連接方案的選擇。 LED的連接一般分為三種主要結構，即串聯(lián)、并聯(lián)（共陽(yáng)極、共陰極、共陽(yáng)極與共陰極），以及串、并混聯(lián)（2個(gè)LED串聯(lián)、N個(gè)LED串聯(lián)） 1. 串聯(lián) 圖1所示為L(cháng)ED的串聯(lián)電路。串聯(lián)電路中LED電流處處相等。串聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是，如果其中之一的LED開(kāi)路，所有的LED都不會(huì )發(fā)光。串聯(lián)兩端的總VF變大，但對電流的需求變小。LED驅動(dòng)電路輸出的LED電壓必須大于串聯(lián)中總的VF電壓。通常，額定LED輸出電壓越接近串聯(lián)中總的VF電壓，LED的效能越大。 
2. 共陽(yáng)極并聯(lián)或共陰極并聯(lián) 當需要獨立調整每一個(gè)LED的電流時(shí)，會(huì )使用共陽(yáng)極或共陰極并聯(lián)。并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是，當一個(gè)LED開(kāi)路時(shí)，不會(huì )對其他LED造成影響。并聯(lián)的缺點(diǎn)是，電路需要較高的額定電流。 3. 共陽(yáng)極并聯(lián)與共陰極并聯(lián) LED導通電壓之間的差異會(huì )導致電流參差。通過(guò)使用最小數量具有匹配特性（電特性、熱特性和使用壽命）的LED可以避免出現這一情況，把若干具有匹配特性的LED放在一起就相當于一個(gè)具有較高額定電流的較大LED。由于具有不同的老化特性和熱特性，這些相匹配的LED可能會(huì )逐漸分化。
4. 串并混聯(lián) 圖3是串并聯(lián)混合的例子。這種連接方案通常是總VF需求與總電流需求的折衷方案，因此它更適合于有效LED驅動(dòng)。
LED驅動(dòng)電路 連接方案會(huì )影響所需驅動(dòng)通道的數目。大多數LED驅動(dòng)器一般只有一個(gè)通道。然而，部分多通道LED驅動(dòng)器也是可用的。在共陽(yáng)極或共陰極的結構中，每個(gè)通道可控制單個(gè)串聯(lián)支路上的LED或者并聯(lián)LED中的單個(gè)支路。驅動(dòng)串聯(lián)LED需滿(mǎn)足以下條件： 1. 輸出LED驅動(dòng)電壓必須大于串聯(lián)LED總的VF電壓； 2. LED驅動(dòng)恒定電流輸出必須大于等于LED要求的電流。如果電流較大，可使用PWM減小或改變電路電流，例如傳感電阻器。通常LED驅動(dòng)器被分為線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器和開(kāi)關(guān)模式LED驅動(dòng)器。 線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器效率較低并且通常占用較大空間。開(kāi)關(guān)模式LED驅動(dòng)器效率更高并且更小巧。但是，它們都具有電噪聲與輻射性噪聲問(wèn)題并且設計復雜。 當輸入供電電壓低于LED總的VF時(shí)，就必須使用開(kāi)關(guān)模式LED驅動(dòng)器。究竟選擇線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器還是開(kāi)關(guān)模式LED驅動(dòng)器，可根據它們的有效供電電壓和工作效率直接判定。 將穩壓器變?yōu)長(cháng)ED驅動(dòng)器 一個(gè)標準的穩壓器擁有下列插腳，VIN、GND、VOUT和FB。FB引腳通過(guò)檢測一個(gè)輸入電壓來(lái)控制穩壓器輸出電壓。對于恒定電流LED驅動(dòng)器，必須要有電流檢測。通過(guò)在LED的電流通路中安插一個(gè)電阻，將LED電流轉變?yōu)镕B引腳上的一個(gè)可測電壓。通常將電阻器安插到LED陰極一側來(lái)測定低端電壓，否則只能將電阻器安插到LED陽(yáng)極一側來(lái)測定高端電壓。此時(shí)需要一個(gè)帶有高共模抑制比的差動(dòng)放大器來(lái)測定電阻器兩端的電壓。
低壓側電阻值為VFB／ILED，而高壓側的電阻值為VFB／（ILED×AV）。 其中，VFB是FB引腳的校準反饋電壓；ILED是LED需要的電流；AV是差動(dòng)放大器的增益。 對于線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器而言，被驅動(dòng)的LED數目為：
對于開(kāi)關(guān)式LED驅動(dòng)器而言，被驅動(dòng)的LED數目為：
其中，VIN是輸入供電電壓；VDO是輸入和輸出的電壓差異；VR是電阻器兩端的檢測電壓；VOR是串聯(lián)的所有LED的額定輸出電壓；VF是標準的單個(gè)LED導通電壓。 線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器的例子 1. 單電阻限流 用一個(gè)電阻來(lái)限制LED的直流供電電流。單電阻限流的優(yōu)點(diǎn)是結構簡(jiǎn)單，但由于LED的導通電壓會(huì )產(chǎn)生漂移，所以L(fǎng)ED電流并不穩定。
該電阻為：
其中，VF是幾個(gè)LED串的電壓；IF為L(cháng)ED的電流；VIN為輸入電壓。 2. LM317或LM317HV 如圖6所示，將LM317HV穩壓器用作LED驅動(dòng)器。
LM317HV將ADJ與OUT之間的電壓穩定在1.23V，此時(shí)，LED的電流為ILED=1.23/R。 相對單電阻驅動(dòng)器此電路的優(yōu)點(diǎn)是雖然LED的導通電壓會(huì )產(chǎn)生漂移LED電流仍將保持恒定。 3. LM2941 另一個(gè)驅動(dòng)器LM2941類(lèi)似于LM317。LM2941穩壓器的最大輸入電壓為26V。LM2941將ADJ與GND端點(diǎn)之間的電壓穩定在1.275V。圖7所示，LED驅動(dòng)器LM2941提供354mA的驅動(dòng)電流。
4. LT3021 另一個(gè)線(xiàn)性穩壓器是LT3021，它的最高輸入電壓為10V，最大電流額定值為500mA。LT3021將ADJ與GND端點(diǎn)之間的電壓穩定在0.2V。LED電流即為R/0.2，開(kāi)斷電壓為160mV。如果LED的VF為3.6V，串聯(lián)LED的數量為2。
5. TLE4242G VREF將ADJ與GND引腳之間的電壓穩定在177mV，最大輸入電壓額定值為42V，開(kāi)斷電壓為0.7V。此電路中LED電流為VREF/R，在圖9的電路中，R=5.1ohm，LED電流為347mA。
6. AS3691和AS3692 AS3691的額定電壓為15V，最大LED電流為400mA。AS3692類(lèi)似于A(yíng)S3691。它們之間的差異是AS3692的額定電壓達到50V，但最大LED電流僅為200mA。有關(guān)AS3691與AS3692最佳性能與應用說(shuō)明的最新信息可聯(lián)系Austriamicrosystem公司。 7. MAX16800 LED驅動(dòng)器 此LED驅動(dòng)器的額定電壓為40V，驅動(dòng)器使CS+與CS-之間的電壓保持穩定。電流由外電路電阻設定（RS=VSENSE/ILED）。在A(yíng)DJD-J823與HDJD-J822的LED顏色控制應用中，由ADJD-J823/HDJD-J822輸出的PWM信號通連至MAX16800的EN輸入端。
開(kāi)關(guān)模式LED驅動(dòng)器 開(kāi)關(guān)模式LED驅動(dòng)器與開(kāi)關(guān)穩壓器的拓撲結構有關(guān)。開(kāi)關(guān)穩壓器能在不同的電流負荷下保持一個(gè)恒定電壓。無(wú)論LED需要怎樣的導通電壓，開(kāi)關(guān)模式LED驅動(dòng)器都能為L(cháng)ED輸送恒定的電流，并且提供過(guò)電壓保護或保證不超越額定功率限度。 下面是一些普通的開(kāi)關(guān)模式LED驅動(dòng)器拓撲結構范例： 1. BUCK降壓穩壓器，輸出電壓低于輸入電壓； 2. BOOST升壓穩壓器，輸出電壓高于輸入電壓； 3. BUCK-BOOST降壓/升壓型穩壓器，輸出電壓反轉； 4. SEPIC類(lèi)似于降壓/升壓型穩壓器，但輸出電壓不反轉； 5. FLYBACK降壓/升壓型穩壓器，其中的電感由變壓器代替。 設計者能從廠(chǎng)家處獲取IC數據表與應用說(shuō)明的相關(guān)信息，并且在工作上與LED驅動(dòng)器廠(chǎng)商緊密配合。當開(kāi)啟開(kāi)關(guān)模式LED驅動(dòng)器之前應連接好LED。 開(kāi)關(guān)模式LED電路開(kāi)路會(huì )導致輸出電壓上升到最高限制并且可能超過(guò)LED驅動(dòng)器最高電壓額定值的限制。 開(kāi)關(guān)模式LED驅動(dòng)器的例子 1. HV9911降壓型拓撲結構 VIN與GND之間提供21~27V的輸入電壓。Boost拓撲結構電路提供80V最高輸出電壓�？沈寗�(dòng)InGaN氮化銦鎵LED的數目為~20。如果不使用PWM，需要連接VDD來(lái)啟動(dòng)LED驅動(dòng)器。
LED電流為：
2. HV9911升壓型拓撲結構 此降壓型拓撲結構電路VIN與GND之間可承受130~200V直流電壓輸入，并提供20到100VLED輸出電壓。高端電流檢測將LED電流限制在350mA。如果不使用PWM，需要連接VDD來(lái)啟動(dòng)LED驅動(dòng)器。
此時(shí)，LED電流為：
3. HV9910 此降壓型拓撲結構電路并沒(méi)有與線(xiàn)電壓隔離。LED必須在交流電源開(kāi)啟之前就與驅動(dòng)器相通連。表1顯示了此電路的交流電壓的合理輸入范圍。元件L1與R4的參數值由LED工作電流決定。假定LED導通電壓為3.6V，最多可驅動(dòng)大約11個(gè)LED。
圖13中列出了1、2排的元件參數�？刂芇WM信號必須與主線(xiàn)隔離。如果不使用PWM，需要連接VDD來(lái)啟動(dòng)LED驅動(dòng)器。無(wú)論需要試用任何測量儀表，都必須使用隔離變壓器進(jìn)行隔離。
4. ST L6902 這是一個(gè)降壓型LED驅動(dòng)器。表2顯示了對應不同LED電流所需要的元件參數。附注：圖15中元器件使用第一排所示元件參數能提供350mA的LED電流。
Vdim基座提供一個(gè)輸入電壓可用來(lái)進(jìn)行線(xiàn)性調節或反向邏輯PWM調節。在0V時(shí)，LED電流最大。當電壓從0V增大到3.3V時(shí)，LED電流也會(huì )從最大值線(xiàn)性減小到0V。電阻R1與R3提供23.3V的過(guò)電壓保護，以防LED輸出位置發(fā)生斷路。假定InGaN LED VF=3.6V，最多可連接6個(gè)InGaN LED。
來(lái)源：電子工程網(wǎng) |
