详解大功率LED恒流驱动原理
详解大功率LED 恒流驱动地设计原理
时间：2018-01-03 15:16:32 来源：作者：
0 引言
光伏发电行业作为一种新兴行业,其发展具有突飞猛进地趋势.光伏照明是光伏产业中地支柱产业.由于光伏电池所发出来地电如果不经过一次变换地话是直流电,因此,LED 光源作为一种直流电光源,尤其适合光伏照明产业.但是,LED 地高效节能地优点要想保证地话,其驱动具有尤为重要地作用.本文对大功率LED 和小功率LED 适合地驱动进行了比较研究.并且提出一种基于PT4115地高效率地大功率LED 恒流驱动解决方案.该种驱动电路简单、高效、成本低,适合当今太阳能产品地市场化发展.b5E2RGbCAP
1 LED 工作特性
LED 具有对电压敏感地特性,当LED 两端电压超过其导通电压后.可近似地认为其正向电压VF和正向电流IF 成比例关系.因此,电压地变化会引起电流地变化.p1EanqFDPw
图1 LED 地VF 和IF 特性曲线线
从图1 可以看出电压地微小变化会引起电流地极大变化.由此,可以得出对于LED 应该采用恒流驱动,防止流过LED 电流地极大波动,影响LED 地使用寿命.因此,不管是交流恒流驱动还是直流恒流驱动,其输出端LED 两端电压地峰峰值最好控制电流在几十毫
安.DXDiTa9E3d
2 LED 常用驱动技术比较研究
2. 1 电阻镇流驱动
图2 采用镇流电阻驱动地原理图
从图2 中可见,采用电阻镇流地驱动方式就是在LED 灯串上串联上镇流电阻.通过镇流电阻降低在LED 灯串上地电压,防止LED 过压被击穿.镇流电阻地驱动方式实际上就是通常所说地恒压驱动方式.该种驱动方式虽然简单,但是在镇流电阻上会有损耗,并且,损耗会随输入电压地增大而增大.因此,该种技术作为最早地驱动技术,已经随着技术地发展,逐渐被取代.RTCrpUDGiT
2. 2 PWM恒压驱动方式
众所周之,PWM驱动方式本身具有驱动效率高地优点.因此,采用PWM 恒压驱动方
式具有效率高,驱动电路简单地优势.但是,镇流电阻这种恒驱动方式,已经不适合当今光伏照明地简洁、高效地趋势.因此,PWM恒压IC 随之出现.5PCzVD7HxA
图3 恒压驱动原理
对于采用恒压驱动<见图3） ,因输出到LED 负载两端地压降不变,如果其中一路地某颗LED 发生短路故障,则这个输出地恒压压降将全部降在其它LED 两端,则剩余地每颗LED 承受地电压可能超过电压额定值,而将其烧毁.jLBHrnAILg
LED 因其VF 值特性原因做不到相同,随着温度及电流大小也有些VF 值也会发生变化,一般不适合并联设计.但是有些情况又不得不并联解决多颗LED 驱动成本问题,就像
小功率LED 如果每一路采用一个恒流源会大大增加驱动成本,因此,就必须采用多组LED 灯串并联,而采用恒压驱动地方式进行驱动.xHAQX74J0X
因此, 即使采用恒压驱动地方式, 也要选择PWM恒压驱动IC ,提高驱动效率.
迫于小功率LED 要想实现和大功率相同地照度,所需数量大,如果每路驱动使用一个恒流驱动,将大大增加驱动成本,鉴于此问题,小功率LED 适合采用恒压驱动方
式.LDAYtRyKfE
2. 3 恒流驱动技术
对于恒流驱动实际上很大程度上是结合PWM恒压驱动高效率地特点,对其进行改
造以最简单地方法实现恒流.
对于PWM恒压IC 内置一个基准电压,通过采样反馈端FB 端电压和内置电压比较,以控制PWM输出占空比,以实现恒压驱动.Zzz6ZB2Ltk
要进行恒流控制就要在斩波输出端串联一个小电阻,采样其对地电压,然后对其进行放大并反馈到恒压控制端,以进行恒流控制.由于采样电阻串联在输出回路里,要降低落在电阻上地功耗,就要尽量减小电阻地阻值,通常选0. 1 Ω电阻.dvzfvkwMI1
采用恒流驱动,必须每一路LED 灯串有一个恒流源驱动.当灯串中单颗LED 发生
短路故障时,由于输出电流不变,因此,并不影响其它LED 地光效,采用恒流驱动能大大提高LED 地使用寿命.rqyn14ZNXI
3 基于PT4115 地恒流驱动技术
3. 1 PT4115 芯片简介
1）极少地外部原件
2）很宽地电压输入范围：从8 V 到30 V
3）最大输出1. 2 A 电流
4）复用DIM 引脚进行LED 开关、模拟调光、PWM调光
5） 5 %地输出电流精度
6） LED 开路保护
7）高达97 %地效率
8）输出可调地恒流控制方法
9）内部含有抖频特性,极大地改善EMI
3. 2 典型应用电路
图4 PT4114 典型应用电路
对于PT4115 <见图4）即可以应用于12~18 V 地交流,也可应用在8 V~30 V 地直流.因此,应用范围更加广泛.并且,驱动电路简单,所需元器件均价格低廉.适合批量、市场化.EmxvxOtOco
3. 3 PT4115 恒流原理
保持采样端 式中： ILED ---流过L ED 地电流； VCSN ---电压检测端电压； RS ---电流采样电阻. 从式<1）可见,只要保证采样端电压相对于输入端电压不变,就能使流过LED 地电流恒定. 3. 4 PT4115 调光措施 PT4115 采用PWM 调光措施,当DIM 引脚电压低于0. 3 V 时关断LED 电流,高于2. 5 V 时开启LED 电流.SixE2yXPq5 PWM调光措施相对于传统地线性调光,不影响LED 地光效.PWM 调光地基本原理是保持LED 正向导通电流恒定,而通过控制电流导通和关断地时间比例,即控制每个周期电流导通地时间.PWM 调光地优势是LED 正向导通地电流一直是恒定地,LED地色度就不会像模拟调光一样会变化.PWM调光可以在精确控制LED 地亮度地同时,也保证LED 发光地色度.6ewMyirQFL 线性调光是通过改变流过LED 地电流来调整光效地,流过LED 地电流地变化必然会影响LED 地色度. 因此,PWM调光相对传统地线性调光具有很大地进步. 3. 5 PT4115 频抖改善EMI 地原理 频率抖动技术 频率抖动技术通过扩展电源噪声频谱地方式降低了窄带EMI.对于可以抖动多少地振荡器频 3. 6 PT4115 地动态温度调节和过温保护 对于PT4115 具有动态温度调节地功能,并且,可以在此功能地基础上实现过温保护. 3. 6. 1 动态温度调节. 图5 动态温度调节原理图 从图5 中可见,DIM 端内部是一个1MΩ地上拉电阻,连接到内部5V 电源上.DIM 端电压由内部上拉电阻和热敏电阻NTC 分压决定.从热敏电阻地特性可以知道,温度地变化会影响NTC 地阻值,进而影响DIM端电压,以实现PT4115 地动态温度调节.M2ub6vSTnP 3. 6. 2 过温保护地实现. 从图6 中可见,相对于图5 多了一个三极管,当温度升高时,NTC 电阻地阻值减小,其上地分压也减小,则相应地其下面电阻上地分压升高,当超过三极管地开通电压时, 三极管导通,DIM 端接地, 关断LED电流, 当温度降低时, IC 重启, 因此, 实现了PT4115 地过温保护.0YujCfmUCw 图6 过温保护地实现原理图 3. 7 PT4115 工程应用中地经验 1）电感越大,工作频率越低,恒流效果越好；2）输出电流越大,需要电感值越小,电感选择方便；3）通常电感越大,功率开关地开关损耗越小,但相应地电感地损耗会增大；4） PT4115 内部自带过温保护功能,外部过温保护可设,对LED 实现双重保护；5） PCB 布线要尽可能地将铜箔与PT4115 地Ex2posed PAD 和GND 地接触面积增大,以利散热；6）交流12V 整流管和续流二极管一定要选用低压降地肖特基二极管,以降低自身功耗；7） 电感选取时,其饱和电流要求为输出电流地1. 5 倍.eUts8ZQVRd 4 实验结果 4. 1 效率测定 采用实验室精密仪表,对PT4115 地输出效率进行了测量,现以输出为3 颗LED 串 联负载为例,其结果见表1.sQsAEJkW5T 表1 不同输入电压下,输出效率测定 从表1 可见, PT4115 地整体供电效率维持在91 %以上,相对于当前市场上地恒流源,是一款效率高地产品.并且,单路可以实现驱动最多7 颗1W地LED 串联.由于,外围电路简单, IC 封装体积小,可以将恒流驱动和LED 负载整合在一块铝基板上,实现驱动、散热 一体化地模组方案.GMsIasNXkA 4. 2 实验波形 通过示波器采样肖特基二极管两端地波形,同样以3 颗LED 负载为例进行采样. 图7 输入电压12 V 负载为3 颗LED 串联时地波形 从波形图7 与可见斩波波形没有毛刺,因此,谐波含量比较低,恒流驱动损耗小. 5 小结 本文通过对各种常用驱动技术进行比较,得出大功率LED 应采用恒流驱动地结论.并且,详细介绍了基于PT4115 地大功率LED 恒流驱动地原理、优点、及其电路实现.同时, 也详细叙述了在采用PT4115 实现恒流驱动过程中地经验总结.最后对其实验结果进行了描述,证明了该驱动地合理性、高效性、简洁性等突出优点.该恒流驱动具有很强地工程实用性.TIrRGchYzg WMZD系列专门为LED照明做温度补偿的电阻，采用热敏电阻补偿法的LED恒流源，具有电路简洁，可靠性好,组合方便，经济实用，适用各种LED头灯，日光灯，路灯；车船灯,太阳能LED庭院灯；LED显示屏等对恒流的需求。是专门针对LED照明出现的由于温度引起的LED PN结电压VF下降，即-2mV/℃,称为PN结的负温效应。该特性在发光应用上是个致命的缺陷，直接影响到LED器件的发光效率、发光亮度、发光色度。比如，常温25℃时LED最佳工作电流20mA，当环境温度升高到85℃时，PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA～37mA,此时电流的增加并不会产生亮度的增加，称为亮度饱和。更为严重的是，温度的上升，引起光谱波长的偏移，造成色差。如长时工作在此高温区还将引起器件老化，发光亮度逐步衰减。同样，当环境温度下降至-40℃时，结电压VF上升，最佳工作电流将从20mA减小到8mA~10mA，发光亮度也随电流的减少而降低，达不到应用场所所需的照度。 为了避免上述特性带来的不足，一般在LED灯的相关产品上，通常采用如下措施：1.将LED装在散热板上，或风机风冷降温。2.LED采用恒流源的供电方式，不因LED随温度上升引起使回生电流增加，防止PN结恶性升温。或这两种方法并用。实践证明，这两种方法用于大功率LED灯（如广告背景灯、街灯）。确实是行之有效的措施。但当LED 灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了：散热板和风冷能否集成在一个普通灯头的空间内；采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路，它的寿命不取于LED，而取决整个系统的某块“短板”；有没有吸引眼球的价格。用热敏电阻补偿法来解决LED恒流源问题，既经济又实用。 我公司采用具有正温度系数的热敏电阻(+2mV/℃)与负温度特性的LED(-2mV/℃)串联，互补成一个温度系数极小电阻型负载。一旦工作电压确定后，串联回路中的电流，将不会随温度变化而变化，通俗地讲，当LED随温度升高电流增加时，热敏电阻也随温度升高电阻变大，阻止了回路电流上升，当LED 随温度下降电流减小时，热敏电阻也随温度下降电阻变小，阻止了回路电流的减少，如匹配得当，当环境温度在-40℃-85℃范围内变化时，LED的最佳工作电流不会明显变化，见图1电流曲线Ⅱ。 2:应用: 从图1可见，采用热敏电阻温度补偿方法与采用集成电路等元件组成的恒源相比，热敏电阻温度补偿法只用1个热敏电阻元件就可解决LED恒流源问题，其价格、体积、寿命等优势不言而喻。我们采用的 用常见的DC/DC芯片做LED恒流驱动电路 近一个月看了很多的广告式的LED驱动的IC介绍,感到毫无新意,即没有把IC做成真正的LED专用驱动,也没有特别的优势.其实每款DC/DC的IC(无论升压或降压)都能接成恒流的LED的驱动,现在分别以KZW3688和CE9908为例介绍一下接法及特点. 1、KZW3688降压IC,其接法如下: 原理非常简单,大家一看便知这里不再赘述;其中R1的值的算法是3.3V/所需电流.上图中接的是2-5只,也可以多路并联使用,并且这里有个问题问大家:C2是否需要呢?看一下下图中的接法: 去掉了C2,并联了一路甚至几路LED串,感到效果如何?有兴趣回答吗? 适合这种接法的电路太多了,除3688外,还有PT1102、1101、lm2596、GA8512、1016、1014、313、1011等任何的降压IC都能接成这样的电路,这种电路的转换效率高达95%以上,但实际使用时效率却是在36%-88%之间,还没有某些针对性的线性的效率高,想一想这是为什么?同时指出:很多恒流电路,把LED驱动电路的效率写成是IC转换的效率,这是不对的,是误导,希望广大工程师注意这些资料里的参数. 2、升压IC,以CE9908为例,接法如下: 原理大家想一想,接法也可以先串联接成串、再把串并起来形成N个支路,在这里我有意先不谈功率因数,只谈效率,这个效率也是在36-88%之间,大家现在明白了吧?在我们心中奉为“高效率”的IC其实际的作用在LED上的效率,一定要实际测量才是. 这两个图只是仅仅说明原理,在使用中应灵活运用,相信大家会掌握更多的技巧,例如用外接MOS管方式直接用低压降压的IC接成220V直接输入的AC/DC方式(类似于9910)、用更低的取样电压(FB端)来提高整个电路的效率、用并联谐振方式结合IC特点、针对性的设计出高效优质的LED驱动电路(这才是最后要走的路呢)等,哈哈祝大家快速成为高手. 我按板子画了一个图 整个电路非常简单,其中,黄色的部分是可去掉的部分,去掉后电路板上从红X点割断了,另附说明可以把R0直接接在目前的点,这时电路正常工作,只是这时没有了过放保护功能;电池是标明用的两节镍氢电池,LED用的是#5普通白灯三只(散光),原板寄来时是带着黄色部分的,我去掉黄色部分,直接把光敏电阻R0接到如图上的红X点,同样可以正常工作,这时电源电压下降到1.5V时(不带过放保护),电路截止. 在正常工作时,输入电流大约在24-26mA之间(随电压不同而改变),我用两节“品胜牌”800mAh镍氢电池,充饱后试验,工作了28小时,电压下降到2.0V,保护电路动作. 唯一的缺点是功率小,光线亮度不够强,每只灯的电流不足8mA,但电路的转换效率很高,而且LED在10mA以下时,发光效率也是最高的(LED的发光效率随工作电流的增大而降低,呈非线性变化),所以他用了三只装DEMO,总的光强比用一只高(用一只的电流强度是用三只时的三倍,理论上总电流基本相等).虽然功率小,但也正适合装饰用的太阳能草坪灯的要求(发光不用太强). 改进方案： 简单介绍 AMC7135350mA 恒流LED 驱动ic 方案汇总主要包含：1.基本典型应用。2.防反接LED 手电筒电路。3.多颗AMC7135并联驱动700mA~1A 应用。4.高电压输入驱动多颗串接LED 应用。5.通过微控制器控制 RGB 三色LED 灯。6.AMC7135主辅灯可切换的LED 矿灯应用。7.AMC713512V 输入驱动三串多并LED 应用。 AMC7135350mA 恒流LED 驱动ic 方案汇总 概述 AMC7135 堪称一款经典的降压恒流驱动芯片。平实的价格、简单的电路结构及稳定的性能着实让它的使用者们津津乐道。但是除了典型应用AMC7135还可以做更多的事，简单的东西不简单就看大家怎么去发挥它了。技术参数 350mA 恒流输出（电流档位可选） 输出开短路保护 低压差低静态电流 供电范围：2.7V~6V 2KV ESD 先进Bi-CMOS 工艺SOT89和TO252封装 AMC7135应用方案汇总见下（附电路图） 1.典型应用电路无需任何外围器件 2.防电池反接的LED 驱动电路 PACKAGE PIN OUT Supply Voltage V DD GND OUT SOT-89 V DD GND OUT TO-252 (Top View) 3.多颗AMC7135并接驱动700mA~1A 应用 3.多颗AMC7135并接驱动700mA~1A 应用 4.输入12V驱动3颗串接白光LED应用（如负载改为红光LED VF=2V，该应用则可串5颗LED） 5.通过微控制器及on/off装置配合7135实现RGB三色LED亮暗程度的控制。达到多彩混色的功能。 6.矿灯所需的主灯及辅灯可切换照明电路 恒流案大全 恒流源是电路中广泛使用的一个组件，这里我整理一下比较常见的恒流源的结构和特点。 恒流源分为流出(Current Source)和流入(Current Sink)两种形式。 最简单的恒流源，就是用一只恒流二极管。实际上，恒流二极管的应用是比较少的，除了因为恒流二极管的恒流特性并不是非常好之外，电流规格比较少，价格比较贵也是重要原因。 最常用的简易恒流源如图(1) 所示，用两只同型三极管，利用三极管相对稳定的be电压作为基准，电流数值为：I = Vbe/R1。 这种恒流源优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元件，有利于降低产品的成本。缺点是不同型号的管子，其be电压不是一个固定值，即使是相同型号，也有一定的个体差异。同时不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动。因此不适合精密的恒流需求。 为了能够精确输出电流，通常使用一个运放作为反馈，同时使用场效应管避免三极管的be电流导致的误差。典型的运放恒流源如图(2)所示，如果电流不需要特别精确，其中的场效应管也可以用三极管代替。电流计算公式为： I = Vin/R1 这个电路可以认为是恒流源的标准电路，除了足够的精度和可调性之外，使用的元件也都是很普遍的，易于搭建和调试。只不过其中的Vin还需要用户额外提供。 从以上两个电路可以看出，恒流源有个定式（寒，“定式”好像是围棋术语XD），就是利用一个电压基准，在电阻上形成固定电流。有了这个定式，恒流源的搭建就可以扩展到所有可以提供这个“电压基准”的器件上。 最简单的电压基准，就是稳压二极管，利用稳压二极管和一只三极管，可以搭建一个更简易的恒流源。如图(3)所示： 电流计算公式为：I = (Vd-Vbe)/R1 中国照明网技术论文·LED照明驱动只占照明系统成本的很小部分，但它关系到整个系统性能的可靠性。目前，美国国家半导体公司的驱动方案主要定位在中高端照明和灯饰等市场。灯饰分为室内和室外两种，由于室内灯所应用的电源环境有和转换器两种方式，所以驱动芯片的选择也要从这两方面考虑。 中国照明网技术论文·LED照明 图：可变电流和可变电压基本电路 中国照明网技术论文·LED照明 中国照明网技术论文·LED照明分为交流输入和交流输入。交流电是酒店中广泛应用的卤素灯的电源，现有的可以在保留现有交流的条件下进行设计。针对替代卤素灯的设计，美国国家半导体的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流高达，恰好适合卤素灯灯口直径小的特点。 取代卤素灯之后，LED灯一般做成1W或3W。LED灯与卤素灯相比有两大优势：(1光源比较集中，1W照明所获得的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度，因此比较省电；(2 LED灯的寿命比卤素灯长。 LED灯的主要弱点是灯光的射角太窄，成本相对较高。但从长远来看，由于LED灯的寿命较长，所以还是具有非常大的成本优势。220V AC/DC转换器(例如LM5021主要锁定舞台灯和路灯市场。 图2：RFB计算 2. DC/DC转换器 目前，LED手电筒占据了DC/DC转换器的绝大部分需求量。手电筒采用的LED功率基本上是1W，供电方式包括锂电池和镍锌电池、碱性电池等。3W 手电筒的应用一直还存在一些难点，因为3W LED灯本身需要散热，散热装置的体积大，从而在一定程度上削弱了LED灯体积小的优势。此外，由于3W LED灯的电流高达 700mA，一次充电后的电池使用时间缩短。尽管如此，对于上述应用国家半导体提供LM3475、LM2623A和 LM3485等方案。 矿灯也是LED灯的主要应用领域之一，它属于特种照明行业，需要专业的认证标准，中国对LED在矿灯领域的应用一直都很重视。目前，LED设计行业存在对特种行业的需求认识不足的问题，设计中常采用一些不切 大功率LED恒流驱动电路的设计分析与实例 虽然大功率LED现在还不能大规模取代传统的照明灯具，但它们在室内外装饰、特种照明方面有着越来越广泛的应用，因此掌握大功率LED恒流驱动器的设计技术，对于开拓大功率LED的新应用至关重要。LED 按照功率和发光亮度可以划分为大功率LED、高亮度LED及普通LED。一般来说，大功率LED的功率至少在1W以上，目前比较常见的有1W、3W、5W、8W和10W。已大批量应用的有1W和3W LED，而5W、8W和10W LED 的应用相对较少。预计大功率LED灯会在2010年上海世博会上大量应用，因此电子和照明行业都非常关注LED照明新技术的发展应用。 恒流驱动和提高LED的光学效率是LED 应用设计的两个关键问题，本文首先介绍大功率LED的应用及其恒流驱动方案的选择指南，然后以美国国家半导体(NS)的产品为例，重点讨论如何巧妙应用LED恒流驱动电路的采样电阻提高大功率LED的效率，并给出大功率LED驱动器设计与散热设计的注意事项。 驱动芯片的选择 LED驱动只占LED照明系统成本的很小部分，但它关系到整个系统性能的可靠性。目前，美国国家半导体公司的LED驱动方案主要定位在中高端LED照明和灯饰等市场。灯饰分为室内和室外两种，由于室内LED灯所应用的电源环境有AC/DC和DC/DC转换器两种方式，所以驱动芯片的选择也要从这两方面考虑。 图1：可变电流和可变电压基本电路 1. AC/DC转换器 AC/DC分为220V交流输入和12V交流输入。12V交流电是酒店中广泛应用的卤素灯的电源，现有的LED可以在保留现有交流12V的条件下进行设计。针对替代卤素灯的设计，美国国家半导体LM2734的主要优势是体积小、可靠性高、输出电流高达1A，恰好适合卤素灯灯口直径小的特点。 取代卤素灯之后，LED灯一般做成1W或3W。LED灯与卤素灯相比有两大优势：(1)光源比较集中，1W 照明所获得的亮度等同于十几瓦卤素灯的亮度，因此比较省电；(2) LED灯的寿命比卤素灯长。 LED灯的主要弱点是灯光的射角太窄，成本相对较高。但从长远来看，由于LED灯的寿命较长，所以还是具有非常大的成本优势。220V AC/DC转换器(例如LM5021)主要锁定舞台灯和路灯市场。 一种大功率太阳能LED路灯恒流驱动电路的设计 摘要：大功率LED恒流驱动技术被广泛应用在太阳能LED路灯系统中。本文讨 论了如何实现MPS公司MP4012系列芯片满足太阳能LED路灯照明系统中的应用。不仅实现了基本的升压恒流功能，还具有短路、开路等多重保护功能，保证LED 光源稳定输出外，使系统得到更全面的保护，有效降低了太阳能路灯系统的使用 和维护成本。 关键词：太阳能路灯；DC-DC恒流驱动；LED照明 1 引言 随着人类社会的快速发展，能源短缺问题变得日益突出。而太阳能作为取之 不尽、用之不竭的绿色能源被广泛推广和应用。对比白炽灯、荧光灯等传统光源时，大功率LED光源具有寿命长、节能、发光效率高、响应快、环保等显著优点[1]。结合了太阳能光伏发电技术与大功率LED照明技术[2]的太阳能路灯系统因其 无需铺设市电线路、节能环保、全自动运行等优点在户外道路照明领域得到了广 泛应用。 LED光源属于非线性负载，驱动电源设计是否合理对LED光源的性能、寿命 起着决定性的作用，设计不合理会引发光衰进一步增大、驱动电源自身故障率高 等问题[3]。目前在太阳能LED路灯应用领域中已广泛采用了恒流驱动方式，但是 该领域用的恒流驱动电源普遍存在电路复杂、恒流质量不高、保护功能不全面可 靠等问题。本文以MPS公司的MP4012系列芯片为核心搭建的DC-DC升压恒流驱动电路，能够实现高质量高效率的调光功能，由于驱动芯片内部集成了多种保护 及驱动电路，无需额外增加外部保护功能电路的情况下，可以实现输出短路保护、输出开路保护及自动恢复、输出过压保护、输入低压锁定输出等功能。本方案驱 动电源电路拥有转换效率高且外围器件少的优点，具有一定的实用参考价值。 2 恒流驱动电源设计 图1为一种太阳能路灯使用的大功率LED恒流驱动电路图。本方案主要由 MP4012芯片、微控制器接口和一些外围元器件构成。恒流源输入端Vin接电池，输出端LED+和LED-之间接大功率LED光源，本系统可以满足12V或24V系统电 池电压输入，15~60V宽范围电压输出的太阳能LED路灯系统的应用。同时可以通过微控制器的接口Analog_Dim控制芯片的ISET引脚实现模拟调光功能，用户可 自行设定LED灯的工作电流，具有很强的灵活性，拥有输出短路保护，输出过压 保护等功能。 图1 大功率LED恒流驱动电路图 3 电路工作原理 3.1 Boost升压电路原理分析 如下图2是Boost升压电路的基本拓扑结构，主要由电感L1、开关管M1以 及二极管D1组成。Boost升压电路的工作原理可以分为电感储能过程和电感释放 能量过程。当开关管导通时，电感充电储能，在此过程中，二极管反向截止，由 电容Cout给负载提供能量，维持负载工作；当开关管断开时，由于电感电流不能突变，此时电感和输入电压叠加共同给负载提供能量，并且给电容Cout充电。由此可知，对开关管的控制技术是该电路的核心。 半导体激光器LD恒流源驱动电路的设计与实验 这款半导体激光器的恒流源驱动电路，是根据实际的项目需求进行设计的。项目要求是半导体激光器得根据探测距离，能改变输出光功率，这就要求半导体激光器的驱动电路输出的电流是可调的，这样现阶段几种半导体激光器驱动电路中只有恒流源驱动电路可以做到这一点，实现这种功能是通过改变恒流源电路的基准电压而实现的。进行恒流源驱动电路的设计的方法是在先仿真的基础上进行的，项目所需要的恒流源驱动电路的设计参数是恒流源输出电流是0-1A可调。1恒流源软件仿真 为精确仿真出结果，为以后的设计提供理论依据，选用的电路仿真软件是NI公司的Multisim10软件，该款软件经历几代的发展，功能不断的完善，其数据库包含常用的所有元器件，能进行模拟电路的仿真、数字电路的仿真，其仿真结果的准确性高，能为设计提供设计依据。 恒流源仿真结果 恒流源仿真电路选取了单电源供电的集成运放LM2900N、功率管IRF540、供电的电源电压是9V，为测量电路输出的电流，将万用表调整到电流档串联到电路中进行测量，以上图可见、设计的电路是很简单的。集成运放U2B的作用是将采样电阻所测得电压反馈回输入端，通过集成运放U2A与输入端的基准电压进行比较。恒流源仿真电路是一款很经典恒流源电路，具有的优点是电路稳定性很高、这款恒流源电路在基准电压不变的情况下，可以很容易的进行恒流源输出电流大小的调整，因为只需要调整电阻3R、3R的阻值即可。 R R 、基准电压选仿真结果显示，当将采样电阻的阻值选为1欧姆、341 取为2V时，仿真结果得到的电流是1.5A。在仿真过程中、通过选取不同的基准电压和3R、3R的值可以得到不同的电流值，这样仿真结果为实际的电路设计提供很好参考依据。 为了进一步简化恒流源驱动电路的设计、又作了如下的设计仿真。选取的功率管是IRF530、采样1R的阻值为1欧姆、选取的电压比较器是单电源供电的集 WMZD系列专门为LED照明做温度补偿的电阻,采用热敏电阻补偿法的LED恒流源,具有电路简洁,可靠性好,组合方便,经济实用,适用各种LED头灯,日光灯,路灯;车船灯,太阳能LED庭院灯;LED显示屏等对恒流的需求。就是专门针对LED 照明出现的由于温度引起的LED PN结电压VF下降,即-2mV/℃,称为PN结的负温效应。该特性在发光应用上就是个致命的缺陷,直接影响到LED器件的发光效率、发光亮度、发光色度。比如,常温25℃时LED最佳工作电流20mA,当环境温度升高到85℃时,PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA～37mA,此时电流的增加并不会产生亮度的增加,称为亮度饱与。更为严重的就是,温度的上升,引起光谱波长的偏移,造成色差。如长时工作在此高温区还将引起器件老化,发光亮度逐步衰减。同样,当环境温度下降至-40℃时,结电压VF上升,最佳工作电流将从20mA减小到8mA~10mA,发光亮度也随电流的减少而降低,达不到应用场所所需的照度。 为了避免上述特性带来的不足,一般在LED灯的相关产品上,通常采用如下措施:1、将LED装在散热板上,或风机风冷降温。2、LED采用恒流源的供电方式,不因LED随温度上升引起使回生电流增加,防止PN结恶性升温。或这两种方法并用。实践证明,这两种方法用于大功率LED灯(如广告背景灯、街灯)。确实就是行之有效的措施。但当LED灯进入寻常百姓家就碰到如下问题了:散热板与风冷能否集成在一个普通灯头的空间内;采用集成电路或诸多元器件组成的恒流源电路,它的寿命不取于LED,而取决整个系统的某块“短板”;有没有吸引眼球的价格。用热敏电阻补偿法来解决LED恒流源问题,既经济又实用。 我公司采用具有正温度系数的热敏电阻(+2mV/℃)与负温度特性的LED(-2mV/℃)串联,互补成一个温度系数极小电阻型负载。一旦工作电压确定后,串联回路中的电流,将不会随温度变化而变化,通俗地讲,当LED随温度升高电流增加时,热敏电阻也随温度升高电阻变大,阻止了回路电流上升,当LED随温度下降电流减小时,热敏电阻也随温度下降电阻变小,阻止了回路电流的减少,如匹配得当,当环境温度在-40℃ -85℃范围内变化时,LED的最佳工作电流不会明显变化,见图1电流曲线Ⅱ。 2:应用: 从图1可见,采用热敏电阻温度补偿方法与采用集成电路等元件组成的恒源相比,热敏电阻温度补偿法只用1个热敏电阻元件就可解决LED恒流源问题,其价格、体积、寿命等优势不言而喻。我们采用的这种正温度热敏电阻WMZD,专为LED应用而研制的,其常用规格见表1,下面介绍一下该热敏电阻的应用特性。 20mA LED恒流源WMZD-5A20的应用 我们可以用1只WMZD-5A20与5只LED(20mA)串联组成一个标准单元,它的LED恒流源电流20mA,工作电压U=3V+5×3、4V=20、0V。3V就是WMZD-A20电阻压降,3、4V就是LED的正向导通电压(或2、8V~4、2V),它的恒流特性见图1中的电流曲线II。 基于常见DCDC芯片的LED恒流驱动电路设计 时间：2011-01-25 13:54:00 来源：电源网作者： 其实每款DC/DC的IC(无论升压或降压)都能接成恒流的LED的驱动，现在分别以KZW3688和CE9908为例介绍一下接法及特点。 1、KZW3688降压IC，其接法如下： 原理非常简单，大家一看便知这里不再赘述;其中R1的值的算法是3.3V/所需电流.上图中接的是2-5只，也可以多路并联使用，并且这里有个问题问大家：C2是否需要呢?看一下下图中的接法： 去掉了C2，并联了一路甚至几路LED串，感到效果如何?有兴趣回答吗? 适合这种接法的电路太多了，除3688外，还有PT1102、1101、lm2596、 GA8512、1016、1014、313、1011等任何的降压IC都能接成这样的电路，这种电路的转换效率高达95%以上，但实际使用时效率却是在 36%-88%之间，还没有某些针对性的线性的效率高，想一想这是为什么?同时指出：很多恒流电路，把LED驱动电路的效率写成是IC转换的效率，这是不对的，是误导，希望广大工程师注意这些资料里的参数。 2、升压IC，以CE9908为例，接法如下： 原理大家想一想，接法也可以先串联接成串、再把串并起来形成N个支路，在这 里我有意先不谈功率因数，只谈效率，这个效率也是在36-88%之间，大家现在明白了吧?在我们心中奉为“高效率”的IC其实际的作用在LED上的效率，一定要实际测量才是. 这两个图只是仅仅说明原理，在使用中应灵活运用，相信大家会掌握更多的技巧，例如用外接 MOS管方式直接用低压降压的IC接成220V直接输入的AC/DC方式(类似于9910)、 引言 随着LED技术的发展，大功率LED在灯光装饰和照明等领域得到了普遍的使用，同时功率型LED驱动芯片也显得越来越重要。由于LED的亮度输出与通过LED的电流成正比，为了保证各个LED亮度、色度的一致性，有必要设计一款恒流驱动器，使LED电流的大小尽可能一致。 基于LED发光特性，本文设计了一种宽电压输入、大电流、高调光比LED恒流驱动芯片。该芯片采用迟滞电流控制模式，可以用于驱动一颗或多颗串联LED。在6V~30V的宽输入电压范围内，通过对高端电流的采样来设置LED平均电流，芯片输出电流精度控制在5.5%，同时芯片可通过DIM引脚实现模拟调光和PWM调光，优化后的芯片响应速度可使芯片达到很高的调光比。b5E2RGbCAP 本文首先对整体电路进行了分析，接着介绍各个重要子模块的设计，最后给出了芯片的整体仿真波形、版图和结论。p1EanqFDPw 电路系统原理 图1 芯片整体等效架构图 该电路包括带隙基准、电压调整器、高端电流采样、迟滞比较器、功率管M1、PWM和模拟调光等模块。此外该芯片还内置欠压和过温保护电路，从而能在各种不利的条件下，有效的保证系统能够稳定的工作。DXDiTa9E3d 从图1中可以看到电感L、电流采样电阻RS、续流二极管D1形成了一个自振荡的连续电感电流模式的恒流LED控制器。该芯片采用 迟滞电流控制模式，因为LED驱动电流的变化就反应在RS两端的压差变化上，所以在电路正常工作时，通过采样电阻RS采样LED 中的电流并将其转化成一定比例的采样电压VCS，然后VCS进入滞环比较器，通过与BIAS模块产生的偏置电压进行比较，产生PWM 控制信号，再经栅驱动电路从而控制功率开关管的导通与关断。RTCrpUDGiT 下面具体分析电路的工作原理。首先芯片在设计时会内设两个电流阈值IMAX和IMIN。当电源VIN上电时，电感L和电流采样电阻RS的初始电流为零， LED电流也为零。这时候， CS_COMP迟滞比较器的输出为高，内置功率NMOS开关管M1导通， SW端的电位为低，流过LED的电流开始上升。电流通过电感L、电流采样电阻RS、LED和内部功率开关从VIN流到地，此时电流上升斜率由VIN、电感(L>、LED压降决定。当LED电流增大到预设值IMAX时，CS_COMP迟滞比较器的输出为低，此时功率开关管M1关闭，由于电感电流的连续性，此时电流以另一个下降斜率流过电感(L>、电流采样电阻(RS>、LED和续流肖特基二极管(D1>，当电流下降到另外一个预定值IMIN时，功率开关重新打开，电源为电感L充电，LED电流又开始增大，当电流增大到IMAX时，控制电路关断功率管，重复上一个周期的动作，这样就完成了对LED电流的滞环控制，使得LED的平均电流恒定不变。5PCzVD7HxA 从以上分析可知， LED的平均驱动电流是由内设的阈值IMAX和IMIN决定，因而不存在类似于峰值电流控制模式的反馈回路。所最简单地恒流源LED驱动电路
用常见的DC-DC芯片做LED恒流驱动电路
AMC7135_350mA_恒流LED驱动电路总汇
LED驱动电源恒流电路方案详解
LED恒流驱动电路(精)
LED恒流驱动电路
一种大功率太阳能LED路灯恒流驱动电路的设计
半导体激光器LD恒流源驱动电路的设计与实验
最简单的恒流源LED驱动电路
常见DCDC芯片的LED恒流驱动电路
一款高效率、高调光比LED恒流驱动电路