原创 LED驱动设计的几个套路

2024-4-23 11:52 337 4 5 分类: 电源/新能源

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

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luckyzy2000 2024-5-28 11:14

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