超高亮LED驅(qū)動電路
發(fā)布時間:2011/12/9 11:25:36 訪問次數(shù):3905
由于受到LED功率水平的限制,通常需同時驅(qū)動多個LED以滿足亮度需求,因此,需要專門的驅(qū)動電路來點亮LED。
1.超高亮LED電阻限流電路
電阻限流驅(qū)動電路是最簡單的驅(qū)動電路,如圖12-28所示是超高亮LED電阻限流驅(qū)動電路。
限流電阻尺計算公式如下: R=Ui-yUF-UD/xIF
式中:Ui為電路的輸入電壓:
IF為LED的正向電流;
UF為LED在正向電流為IF時的壓降;
UD為防反二極管的壓降(可選);
y為每串LED的數(shù)目;
x為并聯(lián)LED的串數(shù)。
這種電阻限流驅(qū)動電路簡單,但是在輸入電壓波動時,通過LED的電流也會跟隨變化,因此調(diào)節(jié)性能差。
另外,由于電阻月的接入使損失增大,因此效率低。
2.超高亮LED絨性調(diào)節(jié)器
線性調(diào)節(jié)器的核心是利用工作于線性區(qū)的功率三極管或場效應(yīng)管( MOSFFET)作為動態(tài)可調(diào)電阻來控制負載。
線性調(diào)節(jié)器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。
(1)并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器。這種線性調(diào)節(jié)器又稱為分流調(diào)節(jié)器,如圖12-29所示是超高亮LED并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器,電路中VD1是LED,電路中只畫出一只LED,實際上電路中可以是多個LED串聯(lián)。Rl為限流保護電阻,VT1為分流管,Al為運放,R2為取樣電阻。
這一電路的工作原理是:分流三極管VT1與LED(VDl)并聯(lián),當輸入電壓增大時,通過Al的控制,流過分流調(diào)節(jié)器(VT1管)的電流將會增大,這時會增大限流電阻上的壓降,使流過LED( VDl)的電流保持恒定。同理,當輸入電壓減小時,流過VT1管的電流會減小,使電阻Rl上的壓降減小,保持流過VD1的電流恒定。
由于分流調(diào)節(jié)器需要串聯(lián)一個電阻Rl,所以效率不高,并且在輸入電壓變化范圍比較寬的情況下很難做到恒定的調(diào)節(jié)。
由于分流管VT1與發(fā)光二極管VD1并聯(lián),所以稱為并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器。
(2)串聯(lián)型調(diào)節(jié)器。如圖12-30所示是超高亮LED串聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器,電路中三極管VT1與發(fā)光二極管VD1串聯(lián),用VT1管集電極與發(fā)射極之間的內(nèi)阻作為LED的限流電阻。
這一電路的工作原理是:當輸入電壓增大時,通過Al的控制,VT1管集電極與發(fā)射極之間內(nèi)阻增大,使流過發(fā)光二極管VD1的電流保持恒定。同理,當輸入電壓減小時,VT1管集電極與發(fā)射極之間內(nèi)阻減小,保持流過發(fā)光二極管VD1的電流恒定。
由于功率三極管或場效應(yīng)管都有一個飽和導通電壓,因此,串聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器電路中的輸入最小電壓必須大于該飽和電壓與負載電壓之和,電路才能正常工作。
3.超高亮LED開關(guān)調(diào)節(jié)器
上述兩種超高亮LED驅(qū)動電路不僅受輸入電壓范圍的限制,而且效率低。
在用于低功率的普通LED驅(qū)動時,由于電流只有幾個毫安,因此損耗不明顯,當LED工作電流有幾百mA甚至更高時(如驅(qū)動高亮LED),功率電路的損耗就成了比較嚴重的問題,為此需要采用開關(guān)調(diào)節(jié)器。
開關(guān)電源是目前能量變換中效率最高的,可以達到90%以上。
開關(guān)電源功率級變換器電路主要有三種:降壓式( Buck)、升壓式(Boost)、降雁一升壓式(Buck-Boost)。Buck、Boost和Buck-Boost等功率變換器都可以用于LED的驅(qū)動,只是為了滿足LED的恒流驅(qū)動,采用檢測輸出電流而不是檢測輸出電壓進行反饋控制,以達到恒流驅(qū)動的目的。
(1)降壓式變換器LED驅(qū)動電路。如圖12-31所示是降壓式變換器的超高亮LED驅(qū)動電路,電路中VD1是續(xù)流二極管,VD2是發(fā)光二極管,Ll是儲能電感,VT1是場效應(yīng)管構(gòu)成的開關(guān)管,Ll與VD2串聯(lián)。
這種電路中的開關(guān)管VT1接在電感Ll后面,這樣場效管VT1的源極直接接地線,方便了場效管VT1的驅(qū)動。
續(xù)流二極管VD1與LED和電感Ll串聯(lián)電路反向并聯(lián),驅(qū)動電路簡單,而且不需要輸出濾波電容,降低了成本。
這種電路是降壓式變換器,不適用于輸入電壓低或者多個LED串聯(lián)的電路。
(2)升壓式變換器LED驅(qū)動電路。如圖12-32所示是升壓式變換器的超高亮LED驅(qū)動電路,這一驅(qū)動電路的特點是能將輸入電壓Ui升到所需要的電壓值,實現(xiàn)在低輸入電壓下對LED的驅(qū)動,可以用來驅(qū)動許多只LED串聯(lián)的電路。
(3)降壓一升壓式變換器LED驅(qū)動電路。如圖12-33所示是降壓一升壓式變換器超高亮LED驅(qū)動電路,這一電路與降壓式電路相比多了一只電容Cl,這樣可以提升輸出電壓的絕對值,因此在輸入電壓低,并且需要驅(qū)動多個LED時降壓一升壓式變換器應(yīng)用較多。
4.超高亮LED的驅(qū)動控制集成電路簡介
根據(jù)超高亮LED大功率恒流驅(qū)動的特點,很多公司都推出了超高亮LED的專用驅(qū)動控制芯片,例如:Melexis、Infinton(英飛凌)、Lienear Technology(凌特)、Supenex Inc、Analog Devices( ADI)等。
(1) MLX10801集成電路簡介。MLX10801是Melexi8公司的一款針對汽車應(yīng)用的LED驅(qū)動集成電路,該集成電路還可以用于繼電器等線圈的驅(qū)動,以及用作電子熔斷器。圖12-34所示是集成電路MLX10801方框圖,它集成了功率場效應(yīng)管,最大驅(qū)動電流為350mA。
集成電路MLX10801用做LED驅(qū)動具有如下特點:
①外部應(yīng)用電路簡單。
②具有內(nèi)部/外部溫度檢測保護。
③具有高效率酌開關(guān)電源驅(qū)動。
④可以通過PWM(Pulse Width Modulation,脈沖寬度調(diào)制)輸入控制亮度。
⑤LED的參數(shù)可以調(diào)節(jié)并可以存儲到片內(nèi)NV存儲器中。
集成電路MLX10801為8腳,功能強大,表12-11所示是集成電路MLX10801引腳功能說明。
如圖12-35所示是集成電路MIJX10801典型應(yīng)用電路,LED(VD2)、Ll、VD3、R2和MLX10801內(nèi)集成的場效應(yīng)管組成一個典型的Buck(降壓)型LED驅(qū)動電路,電路中的LED可以根據(jù)亮度需要采用多個LED串聯(lián)。
電路中,通過檢測電阻R2上的電壓來檢測通過LED的峰值電流,將該電流值與設(shè)定的基準值比較,通過控制端⑦腳(DRVOUT)的脈寬來控制LED(VD2)電流的大小。
集成電路Al的⑧腳(CONTR)可以用做外部的開/關(guān)控制,或者輸入PWM信號來控制LED閃爍。當不需要控制時,可以將⑧腳通過阻與①腳(VS)電源端相連。
集成電路Al的⑤腳(DSENSE)用于連接外部的熱敏電阻,以檢測LED溫度,保護LED。
雖然集成電路MLXl0801內(nèi)部具有內(nèi)置熱敏電阻,但是為了保證集成電路與LED相距較遠時仍能夠正確檢測到溫度,MIX10801仍然設(shè)置了⑤腳(DSENSE)來實現(xiàn)遠距離溫度的檢測。
集成電路(⑥腳(CALIB)用來與控制器通信,用于接受控制器設(shè)定LED的電流、允許最高溫度、采用內(nèi)部溫度檢測還是外部溫度檢測、是否防抖、軟啟動時間等參數(shù)。
(2)大功率LED驅(qū)動集成電路的性能比較。表12-12所示是幾種常用大功率LED驅(qū)動控制集成電路的性能比較。
當需要較高功率時可選擇功率器件沒有集成在芯片內(nèi)的控制器,這樣就可以按照實際的功率需求單獨選擇功率器件。
當需要較高的變換效率時,如便攜式設(shè)備等,可選擇開關(guān)電源類的驅(qū)動電路。
若應(yīng)用于可靠性高的設(shè)備中,可選擇具有溫度保護、故障報警等控制功能全面的芯片。
5.LED手電筒電路
如圖12-36所示是簡易的LED手電筒電路,它用1.5V電池供電,最低直流工作電壓是0.5V。
電路中,變壓器Tl和VT1構(gòu)成~個振蕩器,用來將直流電壓轉(zhuǎn)換成振蕩信號,再通過VD1整流和Cl濾波,將很低的直流電壓升高,以便達到發(fā)光二極管能夠正常工作的較高直流工作,VD2為發(fā)光二極管。
由于受到LED功率水平的限制,通常需同時驅(qū)動多個LED以滿足亮度需求,因此,需要專門的驅(qū)動電路來點亮LED。
1.超高亮LED電阻限流電路
電阻限流驅(qū)動電路是最簡單的驅(qū)動電路,如圖12-28所示是超高亮LED電阻限流驅(qū)動電路。
限流電阻尺計算公式如下: R=Ui-yUF-UD/xIF
式中:Ui為電路的輸入電壓:
IF為LED的正向電流;
UF為LED在正向電流為IF時的壓降;
UD為防反二極管的壓降(可選);
y為每串LED的數(shù)目;
x為并聯(lián)LED的串數(shù)。
這種電阻限流驅(qū)動電路簡單,但是在輸入電壓波動時,通過LED的電流也會跟隨變化,因此調(diào)節(jié)性能差。
另外,由于電阻月的接入使損失增大,因此效率低。
2.超高亮LED絨性調(diào)節(jié)器
線性調(diào)節(jié)器的核心是利用工作于線性區(qū)的功率三極管或場效應(yīng)管( MOSFFET)作為動態(tài)可調(diào)電阻來控制負載。
線性調(diào)節(jié)器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。
(1)并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器。這種線性調(diào)節(jié)器又稱為分流調(diào)節(jié)器,如圖12-29所示是超高亮LED并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器,電路中VD1是LED,電路中只畫出一只LED,實際上電路中可以是多個LED串聯(lián)。Rl為限流保護電阻,VT1為分流管,Al為運放,R2為取樣電阻。
這一電路的工作原理是:分流三極管VT1與LED(VDl)并聯(lián),當輸入電壓增大時,通過Al的控制,流過分流調(diào)節(jié)器(VT1管)的電流將會增大,這時會增大限流電阻上的壓降,使流過LED( VDl)的電流保持恒定。同理,當輸入電壓減小時,流過VT1管的電流會減小,使電阻Rl上的壓降減小,保持流過VD1的電流恒定。
由于分流調(diào)節(jié)器需要串聯(lián)一個電阻Rl,所以效率不高,并且在輸入電壓變化范圍比較寬的情況下很難做到恒定的調(diào)節(jié)。
由于分流管VT1與發(fā)光二極管VD1并聯(lián),所以稱為并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器。
(2)串聯(lián)型調(diào)節(jié)器。如圖12-30所示是超高亮LED串聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器,電路中三極管VT1與發(fā)光二極管VD1串聯(lián),用VT1管集電極與發(fā)射極之間的內(nèi)阻作為LED的限流電阻。
這一電路的工作原理是:當輸入電壓增大時,通過Al的控制,VT1管集電極與發(fā)射極之間內(nèi)阻增大,使流過發(fā)光二極管VD1的電流保持恒定。同理,當輸入電壓減小時,VT1管集電極與發(fā)射極之間內(nèi)阻減小,保持流過發(fā)光二極管VD1的電流恒定。
由于功率三極管或場效應(yīng)管都有一個飽和導通電壓,因此,串聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器電路中的輸入最小電壓必須大于該飽和電壓與負載電壓之和,電路才能正常工作。
3.超高亮LED開關(guān)調(diào)節(jié)器
上述兩種超高亮LED驅(qū)動電路不僅受輸入電壓范圍的限制,而且效率低。
在用于低功率的普通LED驅(qū)動時,由于電流只有幾個毫安,因此損耗不明顯,當LED工作電流有幾百mA甚至更高時(如驅(qū)動高亮LED),功率電路的損耗就成了比較嚴重的問題,為此需要采用開關(guān)調(diào)節(jié)器。
開關(guān)電源是目前能量變換中效率最高的,可以達到90%以上。
開關(guān)電源功率級變換器電路主要有三種:降壓式( Buck)、升壓式(Boost)、降雁一升壓式(Buck-Boost)。Buck、Boost和Buck-Boost等功率變換器都可以用于LED的驅(qū)動,只是為了滿足LED的恒流驅(qū)動,采用檢測輸出電流而不是檢測輸出電壓進行反饋控制,以達到恒流驅(qū)動的目的。
(1)降壓式變換器LED驅(qū)動電路。如圖12-31所示是降壓式變換器的超高亮LED驅(qū)動電路,電路中VD1是續(xù)流二極管,VD2是發(fā)光二極管,Ll是儲能電感,VT1是場效應(yīng)管構(gòu)成的開關(guān)管,Ll與VD2串聯(lián)。
這種電路中的開關(guān)管VT1接在電感Ll后面,這樣場效管VT1的源極直接接地線,方便了場效管VT1的驅(qū)動。
續(xù)流二極管VD1與LED和電感Ll串聯(lián)電路反向并聯(lián),驅(qū)動電路簡單,而且不需要輸出濾波電容,降低了成本。
這種電路是降壓式變換器,不適用于輸入電壓低或者多個LED串聯(lián)的電路。
(2)升壓式變換器LED驅(qū)動電路。如圖12-32所示是升壓式變換器的超高亮LED驅(qū)動電路,這一驅(qū)動電路的特點是能將輸入電壓Ui升到所需要的電壓值,實現(xiàn)在低輸入電壓下對LED的驅(qū)動,可以用來驅(qū)動許多只LED串聯(lián)的電路。
(3)降壓一升壓式變換器LED驅(qū)動電路。如圖12-33所示是降壓一升壓式變換器超高亮LED驅(qū)動電路,這一電路與降壓式電路相比多了一只電容Cl,這樣可以提升輸出電壓的絕對值,因此在輸入電壓低,并且需要驅(qū)動多個LED時降壓一升壓式變換器應(yīng)用較多。
4.超高亮LED的驅(qū)動控制集成電路簡介
根據(jù)超高亮LED大功率恒流驅(qū)動的特點,很多公司都推出了超高亮LED的專用驅(qū)動控制芯片,例如:Melexis、Infinton(英飛凌)、Lienear Technology(凌特)、Supenex Inc、Analog Devices( ADI)等。
(1) MLX10801集成電路簡介。MLX10801是Melexi8公司的一款針對汽車應(yīng)用的LED驅(qū)動集成電路,該集成電路還可以用于繼電器等線圈的驅(qū)動,以及用作電子熔斷器。圖12-34所示是集成電路MLX10801方框圖,它集成了功率場效應(yīng)管,最大驅(qū)動電流為350mA。
集成電路MLX10801用做LED驅(qū)動具有如下特點:
①外部應(yīng)用電路簡單。
②具有內(nèi)部/外部溫度檢測保護。
③具有高效率酌開關(guān)電源驅(qū)動。
④可以通過PWM(Pulse Width Modulation,脈沖寬度調(diào)制)輸入控制亮度。
⑤LED的參數(shù)可以調(diào)節(jié)并可以存儲到片內(nèi)NV存儲器中。
集成電路MLX10801為8腳,功能強大,表12-11所示是集成電路MLX10801引腳功能說明。
如圖12-35所示是集成電路MIJX10801典型應(yīng)用電路,LED(VD2)、Ll、VD3、R2和MLX10801內(nèi)集成的場效應(yīng)管組成一個典型的Buck(降壓)型LED驅(qū)動電路,電路中的LED可以根據(jù)亮度需要采用多個LED串聯(lián)。
電路中,通過檢測電阻R2上的電壓來檢測通過LED的峰值電流,將該電流值與設(shè)定的基準值比較,通過控制端⑦腳(DRVOUT)的脈寬來控制LED(VD2)電流的大小。
集成電路Al的⑧腳(CONTR)可以用做外部的開/關(guān)控制,或者輸入PWM信號來控制LED閃爍。當不需要控制時,可以將⑧腳通過阻與①腳(VS)電源端相連。
集成電路Al的⑤腳(DSENSE)用于連接外部的熱敏電阻,以檢測LED溫度,保護LED。
雖然集成電路MLXl0801內(nèi)部具有內(nèi)置熱敏電阻,但是為了保證集成電路與LED相距較遠時仍能夠正確檢測到溫度,MIX10801仍然設(shè)置了⑤腳(DSENSE)來實現(xiàn)遠距離溫度的檢測。
集成電路(⑥腳(CALIB)用來與控制器通信,用于接受控制器設(shè)定LED的電流、允許最高溫度、采用內(nèi)部溫度檢測還是外部溫度檢測、是否防抖、軟啟動時間等參數(shù)。
(2)大功率LED驅(qū)動集成電路的性能比較。表12-12所示是幾種常用大功率LED驅(qū)動控制集成電路的性能比較。
當需要較高功率時可選擇功率器件沒有集成在芯片內(nèi)的控制器,這樣就可以按照實際的功率需求單獨選擇功率器件。
當需要較高的變換效率時,如便攜式設(shè)備等,可選擇開關(guān)電源類的驅(qū)動電路。
若應(yīng)用于可靠性高的設(shè)備中,可選擇具有溫度保護、故障報警等控制功能全面的芯片。
5.LED手電筒電路
如圖12-36所示是簡易的LED手電筒電路,它用1.5V電池供電,最低直流工作電壓是0.5V。
電路中,變壓器Tl和VT1構(gòu)成~個振蕩器,用來將直流電壓轉(zhuǎn)換成振蕩信號,再通過VD1整流和Cl濾波,將很低的直流電壓升高,以便達到發(fā)光二極管能夠正常工作的較高直流工作,VD2為發(fā)光二極管。
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