1、大功率高亮度 LED 的驱动设计汇总文章出处: 电子工程网 关键字： 高亮度 LED LED 驱动 交流电源 本文介绍了大功率和高亮度 LED 的多种驱动方法。建立一个基于 LED 的系统需要完成以下任工作：1. 确定 LED 使用数量以及 LED 之间的连接方案；2. 选择线形模式或开关模式来驱动 LED；3. 选择供电电源，即直流电压、交流电源或电池；4. 光学分系统例如透镜、表层滤镜等。LED 的数量取决于对亮度的要求与 LED 的驱动电流。关于光学系统的介绍并不涵盖在本篇文章内。LED 的连接方案当 LED 的数量大于一时，就必须要确定一种 LED 连接方案。在选择连接方案时并无硬性规
2、则。有时只是偏爱问题。有时 LED 的连接方案可依据驱动器的选择来决定。有时可用供电电源和所需效能也会影响连接方案的选择。LED 的连接一般分为三种主要结构，即串联、并联（共阳极、共阴极、共阳极与共阴极），以及串、并混联（2 个 LED 串联、N 个 LED 串联）1. 串联图 1 所示为 LED 的串联电路。串联电路中 LED 电流处处相等。串联的优点是，如果其中之一的 LED开路，所有的 LED 都不会发光。串联两端的总 VF 变大，但对电流的需求变小。LED 驱动电路输出的 LED电压必须大于串联中总的 VF 电压。通常，额定 LED 输出电压越接近串联中总的 VF 电压，LED 的效能
3、越大。大功率、高亮度 LED 的驱动方案大全2. 共阳极并联或共阴极并联当需要独立调整每一个 LED 的电流时，会使用共阳极或共阴极并联。并联的优点是，当一个 LED 开路时，不会对其他 LED 造成影响。并联的缺点是，电路需要较高的额定电流。3. 共阳极并联与共阴极并联LED 导通电压之间的差异会导致电流参差。通过使用最小数量具有匹配特性（电特性、热特性和使用寿命）的 LED 可以避免出现这一情况，把若干具有匹配特性的 LED 放在一起就相当于一个具有较高额定电流的较大 LED。由于具有不同的老化特性和热特性，这些相匹配的 LED 可能会逐渐分化。大功率、高亮度 LED 的驱动方案大全4.
4、串并混联图 3 是串并联混合的例子。这种连接方案通常是总 VF 需求与总电流需求的折衷方案，因此它更适合于有效 LED 驱动。大功率、高亮度 LED 的驱动方案大全LED 驱动电路连接方案会影响所需驱动通道的数目。大多数 LED 驱动器一般只有一个通道。然而，部分多通道LED 驱动器也是可用的。在共阳极或共阴极的结构中，每个通道可控制单个串联支路上的 LED 或者并联LED 中的单个支路。驱动串联 LED 需满足以下条件：1. 输出 LED 驱动电压必须大于串联 LED 总的 VF 电压；2. LED 驱动恒定电流输出必须大于等于 LED 要求的电流。如果电流较大，可使用 PWM 减小或改变电
5、路电流，例如传感电阻器。通常 LED 驱动器被分为线性 LED 驱动器和开关模式 LED 驱动器。线性 LED 驱动器效率较低并且通常占用较大空间。开关模式 LED 驱动器效率更高并且更小巧。但是，它们都具有电噪声与辐射性噪声问题并且设计复杂。当输入供电电压低于 LED 总的 VF 时，就必须使用开关模式 LED 驱动器。究竟选择线性 LED 驱动器还是开关模式 LED 驱动器，可根据它们的有效供电电压和工作效率直接判定。将稳压器变为 LED 驱动器一个标准的稳压器拥有下列插脚，VIN、GND、VOUT 和 FB。FB 引脚通过检测一个输入电压来控制稳压器输出电压。对于恒定电流 LED 驱动器
6、，必须要有电流检测。通过在 LED 的电流通路中安插一个电阻，将 LED 电流转变为 FB 引脚上的一个可测电压。通常将电阻器安插到 LED 阴极一侧来测定低端电压，否则只能将电阻器安插到 LED 阳极一侧来测定高端电压。此时需要一个带有高共模抑制比的差动放大器来测定电阻器两端的电压。大功率、高亮度 LED 的驱动方案大全低压侧电阻值为 VFBILED ，而高压侧的电阻值为 VFB（ILEDAV）。其中，VFB 是 FB 引脚的校准反馈电压；ILED 是 LED 需要的电流；AV 是差动放大器的增益。对于线性 LED 驱动器而言，被驱动的 LED 数目为：对于开关式 LED 驱动器而言，被驱动
7、的 LED 数目为：其中，VIN 是输入供电电压；VDO 是输入和输出的电压差异；VR 是电阻器两端的检测电压；VOR 是串联的所有 LED 的额定输出电压；VF 是标准的单个 LED 导通电压。线性 LED 驱动器的例子1. 单电阻限流用一个电阻来限制 LED 的直流供电电流。单电阻限流的优点是结构简单，但由于 LED 的导通电压会产生漂移，所以 LED 电流并不稳定。该电阻为：其中，VF 是几个 LED 串的电压；IF 为 LED 的电流；VIN 为输入电压。2. LM317 或 LM317HV如图 6 所示，将 LM317HV 稳压器用作 LED 驱动器。LM317HV 将 ADJ 与
8、OUT 之间的电压稳定在 1.23V，此时，LED 的电流为 ILED=1.23/R。相对单电阻驱动器此电路的优点是虽然 LED 的导通电压会产生漂移 LED 电流仍将保持恒定。3. LM2941另一个驱动器 LM2941 类似于 LM317。LM2941 稳压器的最大输入电压为 26V。LM2941 将 ADJ 与GND 端点之间的电压稳定在 1.275V。图 7 所示，LED 驱动器 LM2941 提供 354mA 的驱动电流。4. LT3021另一个线性稳压器是 LT3021，它的最高输入电压为 10V，最大电流额定值为 500mA。LT3021 将ADJ 与 GND 端点之间的电压稳定
9、在 0.2V。LED 电流即为 R/0.2，开断电压为 160mV。如果 LED 的 VF 为3.6V，串联 LED 的数量为 2。5. TLE4242GVREF 将 ADJ 与 GND 引脚之间的电压稳定在 177mV，最大输入电压额定值为 42V，开断电压为0.7V。此电路中 LED 电流为 VREF/R，在图 9 的电路中，R=5.1ohm，LED 电流为 347mA。6. AS3691 和 AS3692AS3691 的额定电压为 15V，最大 LED 电流为 400mA。AS3692 类似于 AS3691。它们之间的差异是AS3692 的额定电压达到 50V，但最大 LED 电流仅为
10、200mA。有关 AS3691 与 AS3692 最佳性能与应用说明的最新信息可联系 Austriamicrosystem 公司。7. MAX16800 LED 驱动器此 LED 驱动器的额定电压为 40V，驱动器使 CS+与 CS-之间的电压保持稳定。电流由外电路电阻设定（RS=VSENSE/ILED）。在 ADJD-J823 与 HDJD-J822 的 LED 颜色控制应用中，由 ADJD-J823/HDJD- J822 输出的 PWM 信号通连至 MAX16800 的 EN 输入端。开关模式 LED 驱动器开关模式 LED 驱动器与开关稳压器的拓扑结构有关。开关稳压器能在不同的电流负荷下
11、保持一个恒定电压。无论 LED 需要怎样的导通电压，开关模式 LED 驱动器都能为 LED 输送恒定的电流，并且提供过电压保护或保证不超越额定功率限度。下面是一些普通的开关模式 LED 驱动器拓扑结构范例：1. BUCK 降压稳压器，输出电压低于输入电压；2. BOOST 升压稳压器，输出电压高于输入电压；3. BUCK-BOOST 降压/升压型稳压器，输出电压反转；4. SEPIC 类似于降压/升压型稳压器，但输出电压不反转；5. FLYBACK 降压/ 升压型稳压器，其中的电感由变压器代替。设计者能从厂家处获取 IC 数据表与应用说明的相关信息，并且在工作上与 LED 驱动器厂商紧密配合。
12、当开启开关模式 LED 驱动器之前应连接好 LED。开关模式 LED 电路开路会导致输出电压上升到最高限制并且可能超过 LED 驱动器最高电压额定值的限制。开关模式 LED 驱动器的例子1. HV9911 降压型拓扑结构VIN 与 GND 之间提供 2127V 的输入电压。Boost 拓扑结构电路提供 80V 最高输出电压。可驱动InGaN 氮化铟镓 LED 的数目为20。如果不使用 PWM，需要连接 VDD 来启动 LED 驱动器。LED 电流为：2. HV9911 升压型拓扑结构此降压型拓扑结构电路 VIN 与 GND 之间可承受 130200V 直流电压输入，并提供 20 到 100VL
13、ED 输出电压。高端电流检测将 LED 电流限制在 350mA。如果不使用 PWM，需要连接 VDD 来启动 LED 驱动器。此时，LED 电流为：3. HV9910此降压型拓扑结构电路并没有与线电压隔离。LED 必须在交流电源开启之前就与驱动器相通连。表 1显示了此电路的交流电压的合理输入范围。元件 L1 与 R4 的参数值由 LED 工作电流决定。假定 LED 导通电压为 3.6V，最多可驱动大约 11 个 LED。图 13 中列出了 1、2 排的元件参数。控制 PWM 信号必须与主线隔离。如果不使用 PWM，需要连接 VDD来启动 LED 驱动器。无论需要试用任何测量仪表，都必须使用隔离变压器进行隔离。4. ST L6902这是一个降压型 LED 驱动器。表 2 显示了对应不同 LED 电流所需要的元件参数。附注：图 15 中元器件使用第一排所示元件参数能提供 350mA 的 LED 电流。Vdim 基座提供一个输入电压可用来进行线性调节或反向逻辑 PWM 调节。在 0V 时，LED 电流最大。当电压从 0V 增大到 3.3V 时，LED 电流也会从最大值线性减小到 0V。电阻 R1 与 R3 提供 23.3V 的过电压保护，以防 LED 输出位置发生断路。假定 InGaN LED VF=3.6V，最多可连接 6 个 InGaN LED。
