LED電源驅(qū)動(dòng)電路解析

        隨著白光 LED的誕生及其迅速發(fā)展，LED開(kāi)始進(jìn)入普通照明階段。LED是一種固態(tài)冷光源，是繼白熾燈、熒光燈和高強(qiáng)度放電燈（HID）之后出現(xiàn)的第四代電光源。現(xiàn)已普遍應(yīng)用于建筑物照明、街道照明、景觀照明、標(biāo)識(shí)牌、信號(hào)燈、以及住宅內(nèi)的照明等領(lǐng)域中。

　　LED 供電的原始電源目前主要有三種：即低壓電池、太陽(yáng)能電池和交流市電電源。無(wú)論是采用哪一種原始電源，都必須經(jīng)過(guò)電源變換來(lái)滿足 LED 的工作條件。這種電源變換電路，一般來(lái)說(shuō)就是指的 LED 驅(qū)動(dòng)電路。在 LED 太陽(yáng)能供電系統(tǒng)中，還需要蓄電池或超級(jí)電容器，用以儲(chǔ)存太陽(yáng)能。在夜晚需要照明時(shí)，蓄電池或超級(jí)電容器再通過(guò)控制電路放電，為 LED驅(qū)動(dòng)電路供電。

　　太陽(yáng)能和風(fēng)能與 LED 的結(jié)合，是 LED 應(yīng)用的一大亮點(diǎn)，它將為第三世界的貧困和邊遠(yuǎn)地區(qū)帶來(lái)光明，讓綠色照明的光輝照亮世界的每一個(gè)角落。

　　一、低壓直流供電的 LED驅(qū)動(dòng)電路

　　1.當(dāng)輸入電壓高于 LED電壓時(shí)

　　當(dāng)輸入電壓高于 LED或 LED串的電壓降時(shí)，通常采用線性穩(wěn)壓器或開(kāi)關(guān)型降壓穩(wěn)壓器。

　　（1）線性穩(wěn)壓器

　　線性穩(wěn)壓器是一種 DC-DC 降壓式變換器。LED 驅(qū)動(dòng)電路所采用的線性穩(wěn)壓器大都為低壓差穩(wěn)壓器（LDO），其優(yōu)點(diǎn)是不需要電感元件，所需元件數(shù)量少，不產(chǎn)生 EMI，自身電壓降比較低。但是與開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓器相比，LDO的功率損耗還是較大，效率較低。LDO在驅(qū)動(dòng) 350mA以上的大功率 LED串時(shí)，往往需要加散熱器。

　　（2）開(kāi)關(guān)型降壓（buck）穩(wěn)壓器

　　基于單片專(zhuān)用 IC 的開(kāi)關(guān)型降壓穩(wěn)壓器需要一個(gè)電感元件。 許多降壓穩(wěn)壓器開(kāi)關(guān)頻率達(dá) 1MHz以上，致使外部元件非常小，占據(jù)非常小的空間，效率達(dá) 90%以上。但這種變換器會(huì)產(chǎn)生開(kāi)關(guān)噪聲，存在 EMI問(wèn)題。圖 1所示是基于 Zetex 公司 ZXSC300的 3W LED降壓型驅(qū)動(dòng)電路。其中的RCS為電流傳感電阻， D1為1A的肖特基二極管。 在6V的輸入電壓下， 通過(guò)LED的電流達(dá)1.11A.ZXSC300 采用 5 引腳 SOT23 封裝。

　　目前有很多降壓變換器單片IC將開(kāi)關(guān)MOSFET（Q1）和降壓二極管（D1）也集成在同一芯片上，使外部元件數(shù)量進(jìn)一步減少。

　　2.當(dāng)輸入電壓低于 LED電壓時(shí)

　　當(dāng)輸入電壓低于 LED或 LED串的總正向壓降時(shí)，LED需要升壓型驅(qū)動(dòng)電路。升壓型變換器主要有以下兩種類(lèi)型。

　　（1）電感升壓變換器

　　在手機(jī)背光照明中，常使用電感升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)電路。開(kāi)關(guān)型電感升壓變換器被用作驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè) LED組成的 LED串，通過(guò)每個(gè) LED的電流相等。如果 LED串中有一個(gè) LED開(kāi)路，其他 LED 將會(huì)熄滅。圖 2 所示為電感升壓型 LED 驅(qū)動(dòng)電路，LED 串由 8 只日亞化工公司的NSPW500BS型白光 LED組成，在 4V的輸入電壓下，通過(guò)每個(gè) LED的電流約為 25mA.

　　目前絕大多數(shù)升壓穩(wěn)壓器 IC，都將開(kāi)關(guān)管集成在芯片中，有的還集成了肖特基二極管。

　　（2）開(kāi)關(guān)電容（電荷泵）升壓變換器

　　開(kāi)關(guān)電容升壓轉(zhuǎn)換器亦即電荷泵。電荷泵專(zhuān)用 IC 內(nèi)置切換開(kāi)關(guān)，外接 1 個(gè)或兩個(gè) 1μF的充放電電容。電荷泵工作模式有 1&TImes;、1.5&TImes;和 2&TImes;，近幾年又出現(xiàn)了 1.33&TImes;（4/3 倍）和 4×模式。在輸出電壓接近輸入電壓時(shí)，電荷泵不需要升壓，即在 1×模式工作。當(dāng)需要升壓時(shí)，則切換到 1.5×或其他工作模式。電荷泵電路可以驅(qū)動(dòng) LED 陣列，也可只驅(qū)動(dòng) 1 個(gè) LED.圖 3 所示為基于MAXl570的電荷泵驅(qū)動(dòng)5個(gè)白光LED的電路。 MAX1570采用4mm×4mm的16引腳QFN封裝，最大厚度為 0.8mm.MAX1570 輸入電壓范圍為 2.7V~5.5V，在1MHz 的固定頻率和在 1×及 1.5×模式高效工作，為 LED提供 30mA的恒流，LED電流匹配精度達(dá) 0.3%，并且 LED電流可由單個(gè)電阻 RsEr設(shè)置。 可通過(guò)數(shù)字輸入或 PWM 來(lái)控制LED亮度， 在關(guān)閉狀態(tài)僅消耗 0.1μA的電流。

　　3.當(dāng)輸入電壓既可能高于也可能低于 LED電壓時(shí)

　　在輸入電壓既可能高于，也可能低于 LED或 LED串的總電壓降時(shí)，就必須使用降壓/升壓變換器。基于 LT℃3783 的降壓/升壓型變換器驅(qū)動(dòng) 8 只1.5A串聯(lián) LED的電路如圖 4 所示。該 LED串驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓范圍為 9~36V，LED 串的總電壓降范圍為 18~37V.在 VIN=14.4V，Vo=36V和 I0=1.5A條件下，輸出功率為 54W，效率達(dá) 93%.電路的開(kāi)關(guān)頻率由 IC 腳FREQ上的

　　電阻 R5 設(shè)置（頻率范圍為 20kHz~1MHz），R7 與 R8 組成的分壓器設(shè)置輸出過(guò)電壓保護(hù)電平，連接在 IC 腳 FBP 與高側(cè)線路之間的 R4，用作感測(cè) LED 電流。LTC3783 支持多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。用其還可以構(gòu)筑升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器等電路。

　　回掃變換器、單端初級(jí)電感變換器（SEPIC）和 CUK穩(wěn)壓器等，都可以升高或降低輸入電壓，

　　輸出與輸入電壓在極性上可以相同或相反。每種拓?fù)涠加歇?dú)特的優(yōu)勢(shì)，但效率都比降壓一升壓穩(wěn)壓器低。