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本文介紹了大功率和高亮度LED的多種驅動方法。建立一個基于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. 選擇線形模式或開關模式來驅動LED；3. 選擇供電電源，即直流電壓、交流電源或電池；4. 光學分系統例如透鏡、表層濾鏡等。LED的數量取決于對亮度的要求與LED的驅動電流。關于光學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，就必須要確定一種LED連接方案。在選擇連接方案時并無硬性規則。有時只是偏愛問題。有時LED的連接方案可依據驅動器的選擇來決定。有時可用供電電源和所需效能也會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、并聯（共陽極、共陰極、共陽極與共陰極），以及串、并混聯（2個LED串聯、N個LED串聯） 1. 串聯 圖1所示為LED的串聯電路。串聯電路中LED電流處處相等。串聯的優點是，如果其中之一的LED開路，所有的LED都不會發光。串聯兩端的總VF變大，但對電流的需求變小。LED驅動電路輸出的LED電壓必須大于串聯中總的VF電壓。通常，額定LED輸出電壓越接近串聯中總的VF電壓，LED的效能越大。 
2. 共陽極并聯或共陰極并聯 當需要獨立調整每一個LED的電流時，會使用共陽極或共陰極并聯。并聯的優點是，當一個LED開路時，不會對其他LED造成影響。并聯的缺點是，電路需要較高的額定電流。 3. 共陽極并聯與共陰極并聯 LED導通電壓之間的差異會導致電流參差。通過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可能會逐漸分化。
4. 串并混聯 圖3是串并聯混合的例子。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。
LED驅動電路 連接方案會影響所需驅動通道的數目。大多數LED驅動器一般只有一個通道。然而，部分多通道LED驅動器也是可用的。在共陽極或共陰極的結構中，每個通道可控制單個串聯支路上的LED或者并聯LED中的單個支路。驅動串聯LED需滿足以下條件： 1. 輸出LED驅動電壓必須大于串聯LED總的VF電壓； 2. LED驅動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驅動器被分為線性LED驅動器和開關模式LED驅動器。 線性LED驅動器效率較低并且通常占用較大空間。開關模式LED驅動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題并且設計復雜。 當輸入供電電壓低于LED總的VF時，就必須使用開關模式LED驅動器。究竟選擇線性LED驅動器還是開關模式LED驅動器，可根據它們的有效供電電壓和工作效率直接判定。 將穩壓器變為LED驅動器 一個標準的穩壓器擁有下列插腳，VIN、GND、VOUT和FB。FB引腳通過檢測一個輸入電壓來控制穩壓器輸出電壓。對于恒定電流LED驅動器，必須要有電流檢測。通過在LED的電流通路中安插一個電阻，將LED電流轉變為FB引腳上的一個可測電壓。通常將電阻器安插到LED陰極一側來測定低端電壓，否則只能將電阻器安插到LED陽極一側來測定高端電壓。此時需要一個帶有高共模抑制比的差動放大器來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是差動放大器的增益。 對于線性LED驅動器而言，被驅動的LED數目為：
對于開關式LED驅動器而言，被驅動的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是串聯的所有LED的額定輸出電壓；VF是標準的單個LED導通電壓。 線性LED驅動器的例子 1. 單電阻限流 用一個電阻來限制LED的直流供電電流。單電阻限流的優點是結構簡單，但由于LED的導通電壓會產生漂移，所以LED電流并不穩定。
該電阻為：
其中，VF是幾個LED串的電壓；IF為LED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驅動器。
LM317HV將ADJ與OUT之間的電壓穩定在1.23V，此時，LED的電流為ILED=1.23/R。 相對單電阻驅動器此電路的優點是雖然LED的導通電壓會產生漂移LED電流仍將保持恒定。 3. LM2941 另一個驅動器LM2941類似于LM317。LM2941穩壓器的最大輸入電壓為26V。LM2941將ADJ與GND端點之間的電壓穩定在1.275V。圖7所示，LED驅動器LM2941提供354mA的驅動電流。
4. LT3021 另一個線性穩壓器是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端點之間的電壓穩定在0.2V。LED電流即為R/0.2，開斷電壓為160mV。如果LED的VF為3.6V，串聯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類似于AS3691。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AS3691與AS3692最佳性能與應用說明的最新信息可聯系Austriamicrosystem公司。 7. MAX16800 LED驅動器 此LED驅動器的額定電壓為40V，驅動器使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ADJD-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。
開關模式LED驅動器 開關模式LED驅動器與開關穩壓器的拓撲結構有關。開關穩壓器能在不同的電流負荷下保持一個恒定電壓。無論LED需要怎樣的導通電壓，開關模式LED驅動器都能為LED輸送恒定的電流，并且提供過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關模式LED驅動器拓撲結構范例： 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。 設計者能從廠家處獲取IC數據表與應用說明的相關信息，并且在工作上與LED驅動器廠商緊密配合。當開啟開關模式LED驅動器之前應連接好LED。 開關模式LED電路開路會導致輸出電壓上升到最高限制并且可能超過LED驅動器最高電壓額定值的限制。 開關模式LED驅動器的例子 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。可驅動InGaN氮化銦鎵LED的數目為~20。如果不使用PWM，需要連接VDD來啟動LED驅動器。
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來啟動LED驅動器。
此時，LED電流為：
3. HV9910 此降壓型拓撲結構電路并沒有與線電壓隔離。LED必須在交流電源開啟之前就與驅動器相通連。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，最多可驅動大約11個LED。
圖13中列出了1、2排的元件參數。控制PWM信號必須與主線隔離。如果不使用PWM，需要連接VDD來啟動LED驅動器。無論需要試用任何測量儀表，都必須使用隔離變壓器進行隔離。
4. ST L6902 這是一個降壓型LED驅動器。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基座提供一個輸入電壓可用來進行線性調節或反向邏輯PWM調節。在0V時，LED電流最大。當電壓從0V增大到3.3V時，LED電流也會從最大值線性減小到0V。電阻R1與R3提供23.3V的過電壓保護，以防LED輸出位置發生斷路。假定InGaN LED VF=3.6V，最多可連接6個InGaN LED。
來源：電子工程網 |
