電子基礎(chǔ)（1）：LED驅(qū)動(dòng)器淺析

　　基于電壓－電流的變化率特性，LED驅(qū)動(dòng)器需要一個(gè)符合要求的設(shè)計(jì)，所以了解它們的特性和基于特定應(yīng)用選擇適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電路是至關(guān)重要的。這樣專用的驅(qū)動(dòng)電路才能為這些LED提供額定的電壓和電流，為它們正常工作創(chuàng)造一個(gè)良好的條件。

　　要達(dá)到發(fā)光的目的，LED需要一個(gè)正向電壓來讓電流流動(dòng)。因此LED驅(qū)動(dòng)器要為LED提供正向偏壓以便使其發(fā)光。LED的發(fā)光等級(jí)或亮度通常與正向電流的大小成正比。另外，通過LED的電流不應(yīng)該超過設(shè)備規(guī)定的額定電流，否則可能造成永久傷害。因而恒定電流驅(qū)動(dòng)電路是將電流控制在驅(qū)動(dòng)LED的正確水準(zhǔn)的理想方案。換句話說，LED驅(qū)動(dòng)電路就是一種提供恒定電流而非恒定電壓的電源轉(zhuǎn)換電路。LED驅(qū)動(dòng)電路最少應(yīng)該包含一個(gè)電壓檢測(cè)電路和一個(gè)電流開關(guān)電路。

　　當(dāng)電壓檢測(cè)電路探測(cè)到電源的不同電壓等級(jí)時(shí)，會(huì)向電流開光電路發(fā)送一個(gè)信號(hào)，然后電流開關(guān)電路被自動(dòng)啟動(dòng)，使用預(yù)先確定的電流值來對(duì)LED的電氣設(shè)置進(jìn)行重新調(diào)整，從而有效點(diǎn)亮盡可能多的LED。

　　線性驅(qū)動(dòng)器

　　線性穩(wěn)壓器通過在穩(wěn)壓器輸出端和接地節(jié)點(diǎn)之間連接一個(gè)電流采樣電阻，可以提供一個(gè)產(chǎn)生恒定電流的簡單方法。該穩(wěn)壓器的恒定輸出電壓通過回饋電阻來產(chǎn)生恒定電流。電源參考電壓和電流采樣電阻決定了LED的電流。線性穩(wěn)壓器通常用于驅(qū)動(dòng)低功率LED，比如像PDA這樣的可擕式設(shè)備的背光燈。這些LED的典型電流值在15 mA到25 mA之間，Vf在3.0 V到3.4V之間。如果線性驅(qū)動(dòng)器用于為多個(gè)LED供電，則這些LED應(yīng)該串聯(lián)，以確保通過所有LED的電流相同，從而使發(fā)光量大致相等。

　　線性驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)是方案的成本和電磁干擾較低，因?yàn)榫€性穩(wěn)壓器只需要在驅(qū)動(dòng)IC周圍放置幾個(gè)電阻，并不會(huì)使用開關(guān)元件。由于線性驅(qū)動(dòng)器需要輸出很高的電壓以便提供LED電流，因此這種方案的缺點(diǎn)是效率較低，即LED電壓與電源電壓的比值較低。線性穩(wěn)壓器的主要局限性是電源電壓總是高于LED電壓，因而線性電壓源無法提高輸出電壓，而只能將電壓降低到一定的程度。這種低效率會(huì)造成發(fā)熱問題。

　　開關(guān)驅(qū)動(dòng)器

　　對(duì)于較寬輸入范圍的高電流應(yīng)用來說，諸如上面所提到的簡單驅(qū)動(dòng)器方案會(huì)產(chǎn)生較高的發(fā)熱量和較低的效率。而具有恒定電流輸出的開關(guān)驅(qū)動(dòng)器則是驅(qū)動(dòng)大功率LED的首選。該驅(qū)動(dòng)器通常用于對(duì)串聯(lián)的電感和LED負(fù)載或并聯(lián)的電容和LED上的供電電壓進(jìn)行開關(guān)控制。該電感或電容則用于當(dāng)開關(guān)開啟時(shí)保存電能；然后在開關(guān)關(guān)閉是為LED提供電流。與線性驅(qū)動(dòng)器不同，開關(guān)驅(qū)動(dòng)器可以配置實(shí)現(xiàn)電壓遞減（buck），遞增（boost）或兩者共存的功能。因此很明顯開關(guān)驅(qū)動(dòng)器允許LED在較寬的輸入電壓范圍上工作。除了具有恒定發(fā)光量的電流調(diào)整功能，它們還能將電能損失降到最低。毋庸置疑的是開關(guān)穩(wěn)壓器比線性穩(wěn)壓器更有效率。然而與線性穩(wěn)壓器相比，開關(guān)驅(qū)動(dòng)器成本更高并且需要針對(duì)EMI問題進(jìn)行謹(jǐn)慎的設(shè)計(jì)。為了通過適當(dāng)?shù)姆绞絹眚?qū)動(dòng)LED，需要找到一個(gè)最令人滿意的性能價(jià)格比。

　　PWM調(diào)光

　　許多LED應(yīng)用都需要調(diào)光功能，比如LED背光或建筑照明調(diào)光。通過調(diào)整LED的亮度和對(duì)比度可以實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能。簡單的降低器件的電流也許能夠?qū)ED發(fā)光進(jìn)行調(diào)整。但是讓LED在低于額定電流的情況下工作會(huì)造成許多不良后果，比如色差問題。

　　取代簡單電流調(diào)整的方法是在LED驅(qū)動(dòng)器中集成脈寬調(diào)制（PWM）控制器。PWM的信號(hào)并不直接用于控制LED，而是控制一個(gè)開關(guān)，例如一個(gè)MOSFET，以向LED提供所需的電流。PWM控制器通常在一個(gè)固定頻率上工作并且對(duì)脈寬進(jìn)行調(diào)整，以匹配所需的占空比。當(dāng)前大多數(shù)LED芯片都使用PWM來控制LED發(fā)光。為了確保人們不會(huì)感到明顯的閃爍，PWM脈沖的頻率必須大于100 Hz。

　　PWM控制的主要優(yōu)點(diǎn)是通過PWM的調(diào)光電流更加精確，這樣就最大程度的降低了LED發(fā)光時(shí)的色差。

　　LED驅(qū)動(dòng)器的其他特性

　　由于能夠發(fā)出比傳統(tǒng)照明光源更多的光，高亮度LED在許多照明應(yīng)用中占領(lǐng)了一席之地。但是這些LED會(huì)產(chǎn)生比傳統(tǒng)LED更多的熱量。因此，LED驅(qū)動(dòng)器需要過熱保護(hù)功能以避免在持續(xù)工作中被發(fā)出的熱量所損壞。

　　用一個(gè)熱敏電阻可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)過熱保護(hù)電路，用于當(dāng)溫度達(dá)到默認(rèn)值時(shí)切斷LED的電源。除了過熱保護(hù)，還有其他的安全問題需要考慮，例如短路保護(hù)和斷路保護(hù)。