LED的恒流驅(qū)動

 

    用白色LED為顯示器或其他照明設(shè)備作背光源時，需要對其進行恒流驅(qū)動，主要原因是： 

    LED正向?qū)妷旱牡湫椭?.0V~4.0V，驅(qū)動電流為20mA。如果只是用一個固定的正向電壓驅(qū)動LED，可能會產(chǎn)生變化范圍較大的正向電流。圖1給出了6個隨機的白色LED的正向電流隨正向電壓的變化關(guān)系曲線，如果用3.4V驅(qū)動這6只LED，相應(yīng)的正向電流差別較大：10mA~44mA，取決于具體的LED特性曲線。 

    為保證可靠性，驅(qū)動LED的電流必須低于LED額定值的要求，典型最大值一般為30mA，但是，從圖2可以看出：當(dāng)環(huán)境溫度升高時所允許的額定電流會降低，例如，當(dāng)溫度達到50℃時電流需限制在20mA以內(nèi)。通過觀察圖1、圖2不難得出這樣的結(jié)論：只是用恒壓方式驅(qū)動白色LED的方案可靠性較差。另外，用恒定電流驅(qū)動白色LED還可以獲得亮度和色度的一致性。 

    圖3給出了幾種通用的白色LED驅(qū)動電路，圖4是對應(yīng)的、用圖1所示6只LED進行測試時得到的電流調(diào)節(jié)精度。圖4中調(diào)節(jié)器的輸出負載曲線畫在LED Vf曲線圖上，兩條曲線的交點是各個LED的調(diào)節(jié)工作點。 

    圖3a所示電路用穩(wěn)壓源配合鎮(zhèn)流電阻控制LED的電流，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是選擇電壓源的余地很大，調(diào)節(jié)器與LED之間只需要一個連接端點；缺點是效率較低，這主要是鎮(zhèn)流電阻的損耗造成的，另外，它對LED正向電流的控制不是很精確。從圖4a測試曲線可以看出6只不同LED的電流變化范圍是：14.2mA~18.4mA，由廠商A提供的LED平均亮度要比廠商B提供的LED高2mA。 

    圖3b所示電路用于調(diào)節(jié)LED的總電流，鎮(zhèn)流電阻用于實現(xiàn)各LED之間的匹配。MAX1910采用的就是這種結(jié)構(gòu)，這種電路在驅(qū)動同一廠商提供的同一批次的產(chǎn)品時可以獲得較好的效果，圖3b中可以采用阻值較小的鎮(zhèn)流電阻，這樣，與圖3a相比，當(dāng)控制電流相同時可減小電流損耗。 圖4b給出了不同LED驅(qū)動電流的變化情況，各LED平均控制電流相同：17.5mA，從圖4b可以看出：電流變化范圍在15.4mA~19.6mA，這種結(jié)構(gòu)的缺陷是鎮(zhèn)流電阻耗電較大，而且，各LED電流的匹配性不是很好。但與圖3a相比，這種電路折衷考慮了性能和電路的簡易程度，適用于一些對成本要求較高的低端產(chǎn)品。 

    圖3c可分別調(diào)節(jié)各LED的電流，無需鎮(zhèn)流電阻。電流調(diào)節(jié)精度和匹配度取決于每個獨立的電流調(diào)節(jié)器，MAX1570采用了這種電流源結(jié)構(gòu)，電流精度為2% 、匹配度達0.3% 。由于電流調(diào)節(jié)器允許較低的壓差，可以獲得較高的效率。圖4c表明所有被測試的6只白色LED電流均保持在穩(wěn)定的17.5mA，由于省去了鎮(zhèn)流電阻，可有效節(jié)省線路板面積，但在調(diào)節(jié)器與LED之間需要四個連接端。這種電路能夠提供較高的性能指標(biāo)，是基于電感結(jié)構(gòu)的競爭方案。 

    圖3d是一種基于電感的升壓電路，將其配置為電流調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)換效率較高。較低的反饋門限進一步減小了檢流電阻的功率消耗，另外，因為LED按照串聯(lián)方式連接，任何工作條件下都能夠使LED的亮度保持一致。電流精度取決于調(diào)節(jié)器反饋門限的精度，不受LED正向?qū)妷鹤兓挠绊憽AX1848和MAX1561是這種電流調(diào)節(jié)電路的兩個典型范例，轉(zhuǎn)換效率可以達到87% (3只串聯(lián)LED)或84% (6只串聯(lián)LED)。這種電路的另一個優(yōu)點是在調(diào)節(jié)器與LED之間只需要兩個連接端點，為用戶的設(shè)計提供了一定的靈活性。但是，由于電路中采用了電感，與上述方案相比尺寸較大、成本較高、EMI輻射也較大。


 圖3  白色LED通常有四種不同的驅(qū)動電路

圖4  各個白色LED的正向電壓(Vf)對調(diào)節(jié)電流精度的影響不同，取決于調(diào)節(jié)電路的結(jié)構(gòu)