LED驅(qū)動電源設(shè)計方案攻略

　　圖1 LED降頻曲線

　利用無溫度依賴性的電源運行LED存在弊端：在高溫區(qū)域內(nèi)，LED則超出規(guī)格范圍運行。此外，當(dāng)處于低溫區(qū)域時，照明源就由明顯低于最大容許電流（參見圖1紅色曲線）的電流供電。如圖1的綠色曲線所示，通過LED驅(qū)動電路中的正溫度系數(shù)熱敏電阻（簡稱PTC熱敏電阻）來控制LED電流是一個重大改進。這至少可以帶來下列好處：

　　*在室溫下增加正向電流，從而增加光輸出

　　*因為可以減少LED使用量，所以可以使用價格較低的驅(qū)動集成電路（簡稱IC）乃至一個不帶溫度管理的驅(qū)動電路來節(jié)約成本

　　*實現(xiàn)無需IC控制的驅(qū)動電路設(shè)計，此電路亦可使LED電流隨溫度改變

　　*能夠使用較便宜減額值較高安全裕量較小的LED

　　*過熱保護功能提高了可靠性

　　*帶散熱片的熱機械設(shè)計更為簡單

　　大多數(shù)LED用驅(qū)動電路形式具有一個共同點：即流經(jīng)LED的正向電流是通過固定電阻進行設(shè)置（參見圖2）。一般說來，流經(jīng)LED ILED的電流取決于Rout，即ILED ~ 1/Rout。由于Rout不隨溫度而變，因此LED電流也不受溫度影響。

　　將固定電阻換成隨溫度變化的電路，即可實現(xiàn)對LED電流的溫度管理。下列圖表闡明了如何使用PTC熱敏電阻來改善標(biāo)準(zhǔn)電路。

　　示例1：有反饋回路的恒流源

　　圖2中電路1為常用的驅(qū)動電路。其恒流源包括一條反饋回路。當(dāng)調(diào)節(jié)電阻兩端的反饋電壓達(dá)到因IC而異的VFB時，LED電流就不變了。LED電流因而被穩(wěn)定在ILED=VFB/Rout。

　　圖2 LED的傳統(tǒng)驅(qū)動方式

　　圖3所示為上一電路改良型：此電路借由PTC熱敏電阻，生成隨溫度變化的LED電流。通過正確選擇PTC熱敏電阻、Rseries以及 RparallEL，此電路與專用驅(qū)動IC和LED組合相匹配。其中，LED電流可經(jīng)由下列方程式計算得出：

　　圖3所示電路闡明了LED電流（參見圖3）的溫度依賴性。與針對最高運行溫度為60度的恒流源相比較，使用PTC熱敏電阻后LED電流可在0度和40度之間提升達(dá)40%，并且LED亮度也能提高同等百分比。

　　圖3 采用PTC熱敏電阻的溫度監(jiān)測和電流降頻

示例2：調(diào)節(jié)電阻與LED無串聯(lián)的恒流源

　　圖2所示電路2為另一常見的恒流源電路：電流通過連接驅(qū)動IC的電阻得以確定。然而在這種情況下，調(diào)節(jié)電阻并未與LED串聯(lián)。Rset和 ILED之間的比率由IC規(guī)格明確。因此，運用20KΩ的串聯(lián)電阻和TLE4241G型驅(qū)動IC，最終產(chǎn)生的LED電流為30mA。圖4所示為標(biāo)準(zhǔn)電路改良型，其中也含有一個PTC熱敏電阻，盡管此處采用WHPTC熱敏電阻。在感測溫度，元件電阻可達(dá)4.7KΩ，且容許誤差值為±5℃（標(biāo)準(zhǔn)系列） 或±3℃（容許誤差值精確系列）。

　　圖4所示為隨外界溫度而變化的LED電流。固定電阻Rseries容許誤差范圍小，在低溫時支配總電阻。只有在低于PTC熱敏電阻的感測溫度大約15 K時，由于PTC熱敏電阻的阻值開始增加，電流才會開始下降。在感測溫度（總電阻=Rseries+RPTC=19.5KΩ+4.7KΩ=24.2KΩ） 時的電流大約為23mA。PTC電阻在溫度更高時急劇上升，迅速引發(fā)斷路，從而避免因溫度過高出現(xiàn)故障。

　　圖4 無分流測量之溫度記錄

　　示例3：無IC簡單驅(qū)動電路

　　如圖2所示電路3，LED也可在無驅(qū)動IC的情況下工作。圖示電路是通過車用電池驅(qū)動單一200mA LED。穩(wěn)壓器生成5 V的穩(wěn)定電源電壓Vstab，以避免電源電壓出現(xiàn)波動。LED在Vstab處運作，電流則通過與LED串聯(lián)的電阻元件Rout決定。在這類電路中，通過下一則等式可算出獨立于溫度的正向電流，在此等式中，VDiode是一個LED的正向電壓：

　　另一做法是將WHPTC的徑向引線式PTC熱敏電阻以及兩個固定電阻相組合后，替代上述固定電阻，如圖所示。

　　由于LED電流的絕大部分流經(jīng)PTC熱敏電阻本身，因此需要選擇一個較大的徑向引線式元件。PTC將因為流經(jīng)電阻本身的電流而導(dǎo)致發(fā)熱，因此會一直減少電流，無論環(huán)境溫度為何（如圖5所示）。并聯(lián)兩個或更多片式PTC熱敏電阻會將電流分流，但此方案仍存在局限性。

圖5 無需IC的溫度補償驅(qū)動電路

電流值主要是通過適當(dāng)選擇兩個固定電阻來設(shè)置的。這兩個電阻也在改進電路方面也起到重要作用，因為它們將產(chǎn)生的LED正向電流的允差保持在較低水平。這在正常工作溫度范圍內(nèi)尤其重要，因為此時PTC熱敏電阻本身的阻值允差仍較高。第二個并聯(lián)固定電阻也能確保PTC不會在極端高溫情況下徹底關(guān)閉 LED，因此，電流不會降至低于下列等式計算的所得值：

　　這項性能在例如汽車電子這樣的應(yīng)用中極其重要，因為安全要求不允許照明燈徹底關(guān)閉。

　　背景資料：LED的溫度依賴性

　　像所有半導(dǎo)體一樣，LED的最高容許結(jié)點溫度不能超過，以免導(dǎo)致過早老化或者完全失效。如果結(jié)點溫度要保持在臨界值以下，那么外界溫度升高時，最高容許正向電流則必須下降。不過，如果運用散熱器，在特定的外界溫度時正向電流可以增加。LED的光輸出隨著芯片結(jié)點溫度的升高而下降。上述情況主要發(fā)生在紅色和黃色LED，白色LED則與溫度關(guān)系較小。光照效率和正向電流保持同步增長，不過，安裝在結(jié)層和環(huán)境之間的LED所具備的高熱阻率可以降低乃至逆轉(zhuǎn)這種作用，這是因為隨著結(jié)點溫度的上升，發(fā)射光會降低。

　　此外，當(dāng)結(jié)點溫度上升且LED正向電壓與溫度保持同步增長時，發(fā)射光的主波長會以+0.1 nm / K的典型速率增長。各種白光LED驅(qū)動電路特性評比 1996年，日亞化學(xué)的中村氏發(fā)現(xiàn)藍(lán)光LED之后，白光LED就被視為照明光源最具發(fā)展?jié)摿Φ慕M件，因此，有關(guān)白光LED性能的改善與商品化應(yīng)用，立即成為各國研究的焦點。目前，白光LED已經(jīng)分別應(yīng)用于公共場所的步道燈、汽車照明、交通號志、可攜式電子產(chǎn)品、液晶顯示器等領(lǐng)域。由于白光LED還具備豐富的