白光LED驅(qū)動分析與應(yīng)用

摘要：目前LED驅(qū)動方式多種多樣，為了幫助LED驅(qū)動設(shè)計者全面認(rèn)識和理解LED驅(qū)動，選擇更合適的驅(qū)動方式，在此通過簡述各種驅(qū)動方式的發(fā)展情況和原理，對比分析各種驅(qū)動的優(yōu)缺點，得出了各種驅(qū)動方式的適用范圍和條件，最后根據(jù)各種實際情況，指出了在不同條件下，如何考慮和選擇合適的LED驅(qū)動來滿足實際情況的需要。這一分析具有全面、易懂、指導(dǎo)性和可操作性強等特點。
關(guān)鍵詞：白光LED；驅(qū)動方式；原理；應(yīng)用

0 引言
白光LED照明方式以高效、低功耗、節(jié)能環(huán)保等特性，已經(jīng)廣泛獲得大家的認(rèn)可。從本質(zhì)上來說，LED就是可發(fā)光的二極管，它的發(fā)光強度與通過它的正向電流成正比，且存在導(dǎo)通電壓，當(dāng)電流大小為20 mA時，正向壓降一般為3～3．5 V。很多時候，單個LED發(fā)光強度并不能滿足實際應(yīng)用的需求，還必須將多個LED串聯(lián)或并聯(lián)使用，這就需要大的電壓或電流來驅(qū)動，而不同的制作工藝，甚至不同批次，LED都存在著性能不匹配的問題，這也為合理設(shè)計驅(qū)動帶來難題。所以，雖然原始的電源有很多種類，但都不能直接給LED供電。這就要求根據(jù)不同的需要采取升壓或者降壓，以及恒流或恒壓的驅(qū)動方式進行驅(qū)動。

1 常見LED驅(qū)動器工作原理
1．1 線性穩(wěn)壓驅(qū)動器
最早成套出現(xiàn)的線性穩(wěn)壓驅(qū)動器出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，那時是以NPN管作為穩(wěn)壓器件的，如圖1所示。這種穩(wěn)壓器件在輸入電壓與輸出電壓之間要求2Vbe的電壓，當(dāng)輸入電壓低于2Vbe時，NPN管進入飽和，穩(wěn)壓器將失去穩(wěn)壓能力。為了減少壓差，出現(xiàn)了組合型的穩(wěn)壓器，如圖2所示，即用PNP管驅(qū)動NPN管的基極，但壓差也接近1Vbe。20世紀(jì)80年代中期，市場上出現(xiàn)了低壓差線性穩(wěn)壓器，如圖3所示。與NPN穩(wěn)壓器不同，PNP穩(wěn)壓器壓差不是Vbe的函數(shù)，而是PNP管Vce的函數(shù)，這個電壓值要低得多，隨著制造工藝的成熟，PNP穩(wěn)壓器壓差已經(jīng)小于500 mV。

現(xiàn)在線性穩(wěn)壓驅(qū)動器已發(fā)展成圖4所示結(jié)構(gòu)。

線性穩(wěn)壓驅(qū)動器是指在線性區(qū)或飽和區(qū)工作的晶體管、場效應(yīng)管從輸入電壓中分去多余的電壓，產(chǎn)生可調(diào)節(jié)、穩(wěn)定且精確的直流電壓，通常由穩(wěn)壓器件、誤差放大器、反饋電路以及基準(zhǔn)電壓組成。穩(wěn)壓器件通常是一個MOS管，相當(dāng)于一個壓控電阻，由柵極電壓控制電阻大小。輸出電壓Vout是由穩(wěn)壓器件與負(fù)載分壓得到的Vout=Vin-Vp，若輸入電壓Vin或負(fù)載發(fā)生變化，控制端電壓Vc也隨著變化，控制MOS管阻值，達到調(diào)整MOS管分壓Vp大小的目的，使Vout保證穩(wěn)定。線性穩(wěn)壓驅(qū)動器也可通過將采樣電阻與負(fù)載進行串聯(lián)，反饋電壓Vo=Iout×R1，保持R1大小不變，則反饋電壓可反映輸出電流大小的變化，進而改成線性穩(wěn)流驅(qū)動器，其具體工作原理與線性穩(wěn)壓驅(qū)動器基本一致。
線性穩(wěn)壓器的效率是比較低的。由原理可知，該驅(qū)動器的輸出電壓是由輸入電壓減去MOS管分壓Vp而得到的，而這部分電壓完全是轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芟牡?，所以為了提高?qū)動器效率，一般要求Vp越低越好。將輸入／輸出電壓差較低的線性穩(wěn)壓驅(qū)動器稱為低壓差線性穩(wěn)壓器，簡稱LDO。