LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)歸納

驅(qū)動(dòng)分類

根據(jù) LED 驅(qū)動(dòng)電源輸出的電流極性，可將LED 驅(qū)動(dòng)方式分為直流型驅(qū)動(dòng)和交流型驅(qū)動(dòng)。直流型驅(qū)動(dòng)主要針對直流 LED，負(fù)載只流過單方向的電流，而交流型驅(qū)動(dòng)主要針對交流 LED，負(fù)載流過雙方向的電流。直流型驅(qū)動(dòng)是 LED 最常見的驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)際應(yīng)用的 LED 絕大多數(shù)都為直流LED，因此根據(jù)流過 LED 的電流性質(zhì)，可將直流型驅(qū)動(dòng)方式分為恒壓驅(qū)動(dòng)、限流驅(qū)動(dòng)、恒流驅(qū)動(dòng)和脈沖驅(qū)動(dòng)。

1.1 直流型驅(qū)動(dòng)

恒壓驅(qū)動(dòng)

恒壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，LED 兩端電壓保持基本恒定，但由于電壓中存在紋波，使得 LED 電流隨著電壓的波動(dòng)而波動(dòng)。根據(jù) LED 的伏安特性，微小的電壓波動(dòng)會(huì)引起 LED 電流的較大波動(dòng)。 另外，由于 LED 負(fù)溫度效應(yīng)的影響，電流波動(dòng)有可能造成結(jié)溫和電流的惡性循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)甚至燒毀LED。因此，LED 采用恒壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，對驅(qū)動(dòng)電源的恒壓精度要求較高。

雖然恒壓驅(qū)動(dòng)對LED性能的影響較大，但是在電源技術(shù)的發(fā)展過程中，恒壓技術(shù)相對恒流技術(shù)要成熟得多，而且在一些要求不高的場合可以通過簡單而又經(jīng)濟(jì)的方法實(shí)現(xiàn)恒壓(如采用穩(wěn)壓芯片 TL431)，所以在一些低端 LED驅(qū)動(dòng)電源中仍然有少量應(yīng)用。

限流驅(qū)動(dòng)

限流驅(qū)動(dòng)是指將 LED 電流限制在設(shè)定范圍以內(nèi)的驅(qū)動(dòng)方式。根據(jù)限流的實(shí)現(xiàn)方式，又可將其分為阻抗限流、飽和限流和分流限流。

阻抗限流通過在電流主回路中串入遠(yuǎn)大于LED 負(fù)載等效阻抗的大阻抗，減小外界干擾對LED 負(fù)載電流的影響，從而達(dá)到限流的目的。限流效果主要取決于串聯(lián)阻抗的大小。該驅(qū)動(dòng)方式結(jié)構(gòu)簡單，成本很低，但驅(qū)動(dòng)性能不理想，特別是單純采用電阻限流方案時(shí)，電阻上的大功耗使整機(jī)效率很低，只在小功率 LED 場合有少量應(yīng)用。

有些元器件如 MOS 管、穩(wěn)流二極管等，當(dāng)滿足一定條件時(shí)即進(jìn)入飽和狀態(tài)，隨著輸出端電壓上升，電流幾乎不變，將其與 LED 串聯(lián)，可以限制流過 LED 的電流，即飽和限流。上述驅(qū)動(dòng)方式可以達(dá)到較好的驅(qū)動(dòng)性能，但由于過分依賴于元器件特性，而實(shí)際中同類元器件間的差異較大，較難大規(guī)模推廣應(yīng)用。

分流限流是指當(dāng) LED 電流超過預(yù)先設(shè)定的限定值時(shí)，輔助電路將接通，將超過的電流分流，從而使流過 LED 的電流基本保持不變，達(dá)到限流的目的。其典型電路有如下兩種：如圖(a)的分流支路與 LED 并聯(lián)，如圖(b)的分流支路與 LED 串聯(lián)。其他的分流限流電路都可以看成是上述兩種典型電路的演變電路。圖(a)中 R1 與 LED 負(fù)載串聯(lián)，電流正常時(shí)，LED負(fù)載流過全部回路電流;當(dāng)電流超過設(shè)定的限定值時(shí)，R1 上的電壓上升，T 觸發(fā)導(dǎo)通，使過量的電流經(jīng) R2 和 T 分流，從而維持 LED 電流在設(shè)定范圍以內(nèi)，圖中 T 可以是半導(dǎo)體三極管、IC、半導(dǎo)體可控硅中的一種或多種組合。圖 4(b)的整體電路與 LED 負(fù)載串聯(lián)實(shí)現(xiàn)限流，電流正常時(shí)，Q 2 截止，Q 1 工作在飽和狀態(tài)，電流經(jīng) Q 1、R1 流向 LED;當(dāng)電流超過限定值時(shí)，R1 兩端電壓升高，使 Q 2 導(dǎo)通，Q 1 逐漸退出飽和，兩端電壓升高，從而調(diào)節(jié) LED負(fù)載電壓，并將多余的能量消耗在限流電路中，達(dá)到限流目的。

由于分流限流電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高，在中小功率場合的應(yīng)用較廣泛，同時(shí)還可利用它來抑制和吸收電路中短暫的過飽和電流;但其串聯(lián)在負(fù)載回路中的元件損耗較大，電路效率較低。

恒流驅(qū)動(dòng)

恒流驅(qū)動(dòng)是指保持流過 LED 的電流恒定的驅(qū)動(dòng)方式，當(dāng)外界干擾使得電流增大或減小時(shí)，LED 電流都可以在恒流電路的調(diào)節(jié)作用下回到預(yù)設(shè)值。由于 LED 具有非線性 I-V 特性，小電壓波動(dòng)將引起電流的大波動(dòng)，因此，采用恒流驅(qū)動(dòng) LED 可以達(dá)到較好的性能。

根據(jù)主功率器件的工作狀態(tài)，可將恒流驅(qū)動(dòng)分為線性恒流和開關(guān)恒流。

在線性恒流電路中，主功率器件與 LED 負(fù)載串聯(lián)，且工作在線性放大區(qū)，其典型電路圖如圖(a)所示。圖中主功率器件為 NMOS管 Q 1，工作在線性放大區(qū)，由門極電壓調(diào)節(jié)漏源極間電壓，從而相應(yīng)調(diào)節(jié) LED 上的電壓電流。圖中 Q 1 漏極與 LED 負(fù)載相連，電阻 R1 串聯(lián)在主回路中，用于負(fù)載電流反饋，運(yùn)算放大器 A的反相輸入端接電流反饋信號(hào)，正相輸入端與預(yù)先設(shè)定的參考電壓 V ref 相連，運(yùn)算后得到相應(yīng)的 Q 1 門極控制信號(hào)，控制電阻 R1 上的電壓恒定，即保持了 LED 負(fù)載電流恒定。

另一種典型的線性恒流電路是鏡像恒流電路，如圖(b)所示，主功率管 Q 2 也工作在線性放大區(qū)，該方式需先由恒流電路產(chǎn)生源電流，再通過鏡像電路傳遞到負(fù)載，使負(fù)載電流保持恒定。

線性恒流穩(wěn)流效果好，電路成本較低，且EMI 小，在中小功率場合應(yīng)用較廣泛，但由于串聯(lián)在電路主回路中的功率管工作在線性放大區(qū)，輸出端電壓較高，功率管上的損耗較大，加上采樣電阻上的能耗，電路效率不高，因此在大功率場合應(yīng)用較少。

與線性恒流不同，開關(guān)恒流中主功率管不直接與 LED 串聯(lián)，工作在高速開關(guān)狀態(tài)，它主要利用目前較成熟的開關(guān)電源技術(shù)，通過采集LED 回路的電流信號(hào)，反饋控制功率管的開關(guān)狀態(tài)，使輸出電流保持恒定。由于目前 LED照明功率不高，在五百瓦以內(nèi)，所以開關(guān)恒流DC/DC 環(huán) 節(jié) 采 用 的 電 路 拓 撲 主 要 有 Buck 、Boost、Flyback、Forward 和半橋(LLC)等電路。

開關(guān)恒流穩(wěn)流效果好，電路效率高，適用于大功率 LED 照明場合;但由于其電路結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本高，且 EMI 大，在中小功率場合應(yīng)用較少。