高亮度大功率LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)集

　　建立一個(gè)基于LED的系統(tǒng)需要完成以下任工作：1. 確定LED使用數(shù)量以及LED之間的連接方案;2. 選擇線形模式或開(kāi)關(guān)模式來(lái)驅(qū)動(dòng)LED;3. 選擇供電電源，即直流電壓、交流電源或電池;4. 光學(xué)分系統(tǒng)例如透鏡、表層濾鏡等。LED的數(shù)量取決于對(duì)亮度的要求與LED的驅(qū)動(dòng)電流。本文介紹了大功率LED和高亮度LED的多種驅(qū)動(dòng)方法。

　　LED的連接方案

　　當(dāng)LED的數(shù)量大于一時(shí)，就必須要確定一種LED連接方案。在選擇連接方案時(shí)并無(wú)硬性規(guī)則。有時(shí)只是偏愛(ài)問(wèn)題。有時(shí)LED的連接方案可依據(jù)驅(qū)動(dòng)器的選擇來(lái)決定。有時(shí)可用供電電源和所需效能也會(huì)影響連接方案的選擇。

　　LED的連接一般分為三種主要結(jié)構(gòu)，即串聯(lián)、并聯(lián)(共陽(yáng)極、共陰極、共陽(yáng)極與共陰極)，以及串、并混聯(lián)(2個(gè)LED串聯(lián)、N個(gè)LED串聯(lián))

　　1. 串聯(lián)

　　圖1所示為L(zhǎng)ED的串聯(lián)電路。串聯(lián)電路中LED電流處處相等。串聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是，如果其中之一的LED開(kāi)路，所有的LED都不會(huì)發(fā)光。串聯(lián)兩端的總VF變大，但對(duì)電流的需求變小。LED驅(qū)動(dòng)電路輸出的LED電壓必須大于串聯(lián)中總的VF電壓。通常，額定LED輸出電壓越接近串聯(lián)中總的VF電壓，LED的效能越大。

　　2. 共陽(yáng)極并聯(lián)或共陰極并聯(lián)

　　當(dāng)需要獨(dú)立調(diào)整每一個(gè)LED的電流時(shí)，會(huì)使用共陽(yáng)極或共陰極并聯(lián)。并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)一個(gè)LED開(kāi)路時(shí)，不會(huì)對(duì)其他LED造成影響。并聯(lián)的缺點(diǎn)是，電路需要較高的額定電流。

　　3. 共陽(yáng)極并聯(lián)與共陰極并聯(lián)

　　LED導(dǎo)通電壓之間的差異會(huì)導(dǎo)致電流參差。通過(guò)使用最小數(shù)量具有匹配特性(電特性、熱特性和使用壽命)的LED可以避免出現(xiàn)這一情況，把若干具有匹配特性的LED放在一起就相當(dāng)于一個(gè)具有較高額定電流的較大LED。由于具有不同的老化特性和熱特性，這些相匹配的LED可能會(huì)逐漸分化。

　　4. 串并混聯(lián)

　　圖3是串并聯(lián)混合的例子。這種連接方案通常是總VF需求與總電流需求的折衷方案，因此它更適合于有效LED驅(qū)動(dòng)。

　　LED驅(qū)動(dòng)電路

　　連接方案會(huì)影響所需驅(qū)動(dòng)通道的數(shù)目。大多數(shù)LED驅(qū)動(dòng)器一般只有一個(gè)通道。然而，部分多通道LED驅(qū)動(dòng)器也是可用的。在共陽(yáng)極或共陰極的結(jié)構(gòu)中，每個(gè)通道可控制單個(gè)串聯(lián)支路上的LED或者并聯(lián)LED中的單個(gè)支路。驅(qū)動(dòng)串聯(lián)LED需滿足以下條件：

　　1. 輸出LED驅(qū)動(dòng)電壓必須大于串聯(lián)LED總的VF電壓;

　　2. LED驅(qū)動(dòng)恒定電流輸出必須大于等于LED要求的電流。如果電流較大，可使用PWM減小或改變電路電流，例如傳感電阻器。通常LED驅(qū)動(dòng)器被分為線性LED驅(qū)動(dòng)器和開(kāi)關(guān)模式LED驅(qū)動(dòng)器。

　　線性LED驅(qū)動(dòng)器效率較低并且通常占用較大空間。開(kāi)關(guān)模式LED驅(qū)動(dòng)器效率更高并且更小巧。但是，它們都具有電噪聲與輻射性噪聲問(wèn)題并且設(shè)計(jì)復(fù)雜。

　　當(dāng)輸入供電電壓低于LED總的VF時(shí)，就必須使用開(kāi)關(guān)模式LED驅(qū)動(dòng)器。究竟選擇線性LED驅(qū)動(dòng)器還是開(kāi)關(guān)模式LED驅(qū)動(dòng)器，可根據(jù)它們的有效供電電壓和工作效率直接判定。

　　將穩(wěn)壓器變?yōu)長(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)器

　　一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)壓器擁有下列插腳，VIN、GND、VOUT和FB。FB引腳通過(guò)檢測(cè)一個(gè)輸入電壓來(lái)控制穩(wěn)壓器輸出電壓。對(duì)于恒定電流LED驅(qū)動(dòng)器，必須要有電流檢測(cè)。通過(guò)在LED的電流通路中安插一個(gè)電阻，將LED電流轉(zhuǎn)變?yōu)镕B引腳上的一個(gè)可測(cè)電壓。通常將電阻器安插到LED陰極一側(cè)來(lái)測(cè)定低端電壓，否則只能將電阻器安插到LED陽(yáng)極一側(cè)來(lái)測(cè)定高端電壓。此時(shí)需要一個(gè)帶有高共模抑制比的差動(dòng)放大器來(lái)測(cè)定電阻器兩端的電壓。

　　低壓側(cè)電阻值為VFB/ILED，而高壓側(cè)的電阻值為VFB/(ILED×AV)。

　　其中，VFB是FB引腳的校準(zhǔn)反饋電壓;ILED是LED需要的電流;AV是差動(dòng)放大器的增益。

　　對(duì)于線性LED驅(qū)動(dòng)器而言，被驅(qū)動(dòng)的LED數(shù)目為：

　　對(duì)于開(kāi)關(guān)式LED驅(qū)動(dòng)器而言，被驅(qū)動(dòng)的LED數(shù)目為：

　　其中，VIN是輸入供電電壓;VDO是輸入和輸出的電壓差異;VR是電阻器兩端的檢測(cè)電壓;VOR是串聯(lián)的所有LED的額定輸出電壓;VF是標(biāo)準(zhǔn)的單個(gè)LED導(dǎo)通電壓。

線性LED驅(qū)動(dòng)器的例子

　　1. 單電阻限流

　　用一個(gè)電阻來(lái)限制LED的直流供電電流。單電阻限流的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于LED的導(dǎo)通電壓會(huì)產(chǎn)生漂移，所以LED電流并不穩(wěn)定。

　　該電阻為：

　　其中，VF是幾個(gè)LED串的電壓;IF為L(zhǎng)ED的電流;VIN為輸入電壓。

　　2. LM317或LM317HV

　　如圖6所示，將LM317HV穩(wěn)壓器用作LED驅(qū)動(dòng)器。

　　LM317HV將ADJ與OUT之間的電壓穩(wěn)定在1.23V，此時(shí)，LED的電流為ILED=1.23/R。

　　相對(duì)單電阻驅(qū)動(dòng)器此電路的優(yōu)點(diǎn)是雖然LED的導(dǎo)通電壓會(huì)產(chǎn)生漂移LED電流仍將保持恒定。

　　3. LM2941

　　另一個(gè)驅(qū)動(dòng)器LM2941類似于LM317。LM2941穩(wěn)壓器的最大輸入電壓為26V。LM2941將ADJ與GND端點(diǎn)之間的電壓穩(wěn)定在1.275V。圖7所示，LED驅(qū)動(dòng)器LM2941提供354mA的驅(qū)動(dòng)電流。

　　4. LT3021

　　另一個(gè)線性穩(wěn)壓器是LT3021，它的最高輸入電壓為10V，最大電流額定值為500mA。LT3021將ADJ與GND端點(diǎn)之間的電壓穩(wěn)定在0.2V。LED電流即為R/0.2，開(kāi)斷電壓為160mV。如果LED的VF為3.6V，串聯(lián)LED的數(shù)量為2。

　　5. TLE4242G

　　VREF將ADJ與GND引腳之間的電壓穩(wěn)定在177mV，最大輸入電壓