原创 LED驱动设计的几个套路

随着LED在各个领域的不同应用需求, LED驱动电路也在不断进步和发展。本文从LED的特性入手，推导出适合LED的电源驱动类型，再进一步介绍各类LED驱动设计。

设计必读：LED四个关键特性

在设计LED电路之前，我们先来了解下LED的几个特性：

特性一：非线性。以QT Brightek HP686-IWH-CW举例，电压0-2.5V不发光，2.5V逐渐开始发光，到3.4V时发光最亮。电压继续上升，很快就会烧坏。所以LED工作在很窄的前向电压范围内。

图1，前向电压VS电流 （QT Brightek HP686-IWH-CW）

特性二：发光强度与流经的电流大致成正比。详见以下图2。

图2，电流VS发光强度 （QT Brightek HP686-IWH-CW）

特性三：每一个LED的前向电压都不完全相同。 即使是同一个供应商的同一批物料，也会存在着差异。比如QT
Brightek
HP686-IWH-CW在前向电流150mA的情况下，前向电压范围从最小2.8V到最大3.4V。绝大多数供应商在LED制作过程中都先按LED颜色来分类，很多相同颜色的LED可能来自于不用的批次。

图3，前向电压（QT Brightek HP686-IWH-CW）

特性四：LED的前向电压还会随着环境温度的变换而变换。一般是在相同的电流下，温度越高，所需的电压会下降。

图 4 电压与温度（Samsung SPMWHT541MP5WAPKS4）

选择恒流源：解决前向电压差异大问题

在LED驱动中往往是用恒流源而非恒压源。恒流源作为LED驱动电源有很明显的优势。

1. 在一个串联LED电路中，即使LED的前向电压有所差异，相同的电流使他们的亮度基本相同。
2. 当温度变化时，恒流源自动调节保持输出电流恒定，从而保证LED发光强度恒定。而恒压源10%的电压波动很可能造成50%的电流波动。
3. 当串联LED时，任何一个LED不会过载。且任何一个LED短路，其他LED继续正常工作。

图5，LED串联

设计实战：LED恒流源方案选型

1. 最简单的恒流源：电压源加电阻

电阻起的作用是在供电电源波动时，稳定电流的波动，同时限制最大电流。图5中，供电电源如果有10%的电压波动，LED也会有10%的前向电压波动，这可能会引起LED电流50%的波动，这不是一个非常可靠地设计。如果把最后一个LED换成一个电阻，如图6所示，如果电阻两端的电压与LED的正向导通电压一样，LED正向导通电压增加10%，电流增加幅度也大概为10%。此方案最为简单但是功耗很大。

图6，电压源加电阻的恒流源

2. 使用线性稳压器做恒流源

使用线性稳压器组成恒流电路：I=Ig+Vref/R。其中Vref是Pin Vout与Pin ADJ之间的参考电压。

比如On semi LM317MBDTRKG的Vref=1.25V，为了电流达到150mA，电阻值可以取1.25V/150mA≈8.45 ohm。

Ig为Pin ADJ的漏电流，该电流非常小，On semi LM317MBDTRKG的Ig最大值为0.1mA. 对于一些精度要求不是特别高的场合常常可以忽略。线性稳压器做恒流源同样有着很大的功耗。

图7，线性稳压器做恒流源

3. 压控恒流源

该方案使用一个运算放大器作为比较器，形成一个反馈回路。I = Vmcu/R。其中Vmcu一般接MCU, 该方案可以达到很高的电流控制精度，并且电流可由MCU控制。缺点还是功耗大。

4. 开关稳流器

这种方案价格往往会比较贵一点，但是各方面的要求都比较兼顾。比如Recom RCD-24-0.35转换效率可以高到96%，输出电流精度可以达到±3%，输入输出电压范围也比较宽。

图9，开关稳流器

总结

本文归纳了LED的几个特性：非线性、发光强度与流经的电流大致成正比、每一个LED的前向电压都不完全相同。基于这样的特性，选择恒流源作为驱动电源有很明显的优势。进而，我们从实际应用的角度出发，介绍了几种LED恒流源设计方案以及相关的资源，帮助大家形成一个从概念到实战的完整LED驱动设计的“套路”。

来源：digikey 作者： Alan Yang