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超高亮LED驱动电路

发布时间:2011/12/9 11:25:36 访问次数:3887

     由于受到LED功率水平的限制,通常需同时驱动多个LED以满足亮度需求,因此,需要专门的驱动电路来点亮LED。
    1.超高亮LED电阻限流电路
    电阻限流驱动电路是最简单的驱动电路,如图12-28所示是超高亮LED电阻限流驱动电路。

               
    限流电阻尺计算公式如下:  R=Ui-yUF-UD/xIF
    式中:Ui为电路的输入电压:
          IF为LED的正向电流;
          UF为LED在正向电流为IF时的压降;
          UD为防反二极管的压降(可选);
          y为每串LED的数目;
          x为并联LED的串数。
    这种电阻限流驱动电路简单,但是在输入电压波动时,通过LED的电流也会跟随变化,因此调节性能差。
    另外,由于电阻月的接入使损失增大,因此效率低。
    2.超高亮LED绒性调节器
    线性调节器的核心是利用工作于线性区的功率三极管或场效应管( MOSFFET)作为动态可调电阻来控制负载。
    线性调节器有并联型和串联型两种。
    (1)并联型线性调节器。这种线性调节器又称为分流调节器,如图12-29所示是超高亮LED并联型线性调节器,电路中VD1是LED,电路中只画出一只LED,实际上电路中可以是多个LED串联。Rl为限流保护电阻,VT1为分流管,Al为运放,R2为取样电阻。

                   
    这一电路的工作原理是:分流三极管VT1与LED(VDl)并联,当输入电压增大时,通过Al的控制,流过分流调节器(VT1管)的电流将会增大,这时会增大限流电阻上的压降,使流过LED( VDl)的电流保持恒定。同理,当输入电压减小时,流过VT1管的电流会减小,使电阻Rl上的压降减小,保持流过VD1的电流恒定。
    由于分流调节器需要串联一个电阻Rl,所以效率不高,并且在输入电压变化范围比较宽的情况下很难做到恒定的调节。
    由于分流管VT1与发光二极管VD1并联,所以称为并联型线性调节器。
    (2)串联型调节器。如图12-30所示是超高亮LED串联型线性调节器,电路中三极管VT1与发光二极管VD1串联,用VT1管集电极与发射极之间的内阻作为LED的限流电阻。

                         
    这一电路的工作原理是:当输入电压增大时,通过Al的控制,VT1管集电极与发射极之间内阻增大,使流过发光二极管VD1的电流保持恒定。同理,当输入电压减小时,VT1管集电极与发射极之间内阻减小,保持流过发光二极管VD1的电流恒定。
    由于功率三极管或场效应管都有一个饱和导通电压,因此,串联型线性调节器电路中的输入最小电压必须大于该饱和电压与负载电压之和,电路才能正常工作。
    3.超高亮LED开关调节器
    上述两种超高亮LED驱动电路不仅受输入电压范围的限制,而且效率低。
    在用于低功率的普通LED驱动时,由于电流只有几个毫安,因此损耗不明显,当LED工作电流有几百mA甚至更高时(如驱动高亮LED),功率电路的损耗就成了比较严重的问题,为此需要采用开关调节器。
    开关电源是目前能量变换中效率最高的,可以达到90%以上。
    开关电源功率级变换器电路主要有三种:降压式( Buck)、升压式(Boost)、降雁一升压式(Buck-Boost)。Buck、Boost和Buck-Boost等功率变换器都可以用于LED的驱动,只是为了满足LED的恒流驱动,采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制,以达到恒流驱动的目的。
    (1)降压式变换器LED驱动电路。如图12-31所示是降压式变换器的超高亮LED驱动电路,电路中VD1是续流二极管,VD2是发光二极管,Ll是储能电感,VT1是场效应管构成的开关管,Ll与VD2串联。

                
    这种电路中的开关管VT1接在电感Ll后面,这样场效管VT1的源极直接接地线,方便了场效管VT1的驱动。
    续流二极管VD1与LED和电感Ll串联电路反向并联,驱动电路简单,而且不需要输出滤波电容,降低了成本。
    这种电路是降压式变换器,不适用于输入电压低或者多个LED串联的电路。
    (2)升压式变换器LED驱动电路。如图12-32所示是升压式变换器的超高亮LED驱动电路,这一驱动电路的特点是能将输入电压Ui升到所需要的电压值,实现在低输入电压下对LED的驱动,可以用来驱动许多只LED串联的电路。

                               

   (3)降压一升压式变换器LED驱动电路。如图12-33所示是降压一升压式变换器超高亮LED驱动电路,这一电路与降压式电路相比多了一只电容Cl,这样可以提升输出电压的绝对值,因此在输入电压低,并且需要驱动多个LED时降压一升压式变换器应用较多。

                    
    4.超高亮LED的驱动控制集成电路简介
     根据超高亮LED大功率恒流驱动的特点,很多公司都推出了超高亮LED的专用驱动控制芯片,例如:Melexis、Infinton(英飞凌)、Lienear Technology(凌特)、Supenex Inc、Analog Devices( ADI)等。
    (1) MLX10801集成电路简介。MLX10801是Melexi8公司的一款针对汽车应用的LED驱动集成电路,该集成电路还可以用于继电器等线圈的驱动,以及用作电子熔断器。图12-34所示是集成电路MLX10801方框图,它集成了功率场效应管,最大驱动电流为350mA。

              
    集成电路MLX10801用做LED驱动具有如下特点:
    ①外部应用电路简单。
    ②具有内部/外部温度检测保护。
    ③具有高效率酌开关电源驱动。
    ④可以通过PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)输入控制亮度。
    ⑤LED的参数可以调节并可以存储到片内NV存储器中。
    集成电路MLX10801为8脚,功能强大,表12-11所示是集成电路MLX10801引脚功能说明。

  
    如图12-35所示是集成电路MIJX10801典型应用电路,LED(VD2)、Ll、VD3、R2和MLX10801内集成的场效应管组成一个典型的Buck(降压)型LED驱动电路,电路中的LED可以根据亮度需要采用多个LED串联。

                    
    电路中,通过检测电阻R2上的电压来检测通过LED的峰值电流,将该电流值与设定的基准值比较,通过控制端⑦脚(DRVOUT)的脉宽来控制LED(VD2)电流的大小。
    集成电路Al的⑧脚(CONTR)可以用做外部的开/关控制,或者输入PWM信号来控制LED闪烁。当不需要控制时,可以将⑧脚通过阻与①脚(VS)电源端相连。
    集成电路Al的⑤脚(DSENSE)用于连接外部的热敏电阻,以检测LED温度,保护LED。
    虽然集成电路MLXl0801内部具有内置热敏电阻,但是为了保证集成电路与LED相距较远时仍能够正确检测到温度,MIX10801仍然设置了⑤脚(DSENSE)来实现远距离温度的检测。
    集成电路(⑥脚(CALIB)用来与控制器通信,用于接受控制器设定LED的电流、允许最高温度、采用内部温度检测还是外部温度检测、是否防抖、软启动时间等参数。
    (2)大功率LED驱动集成电路的性能比较。表12-12所示是几种常用大功率LED驱动控制集成电路的性能比较。

              
    当需要较高功率时可选择功率器件没有集成在芯片内的控制器,这样就可以按照实际的功率需求单独选择功率器件。
    当需要较高的变换效率时,如便携式设备等,可选择开关电源类的驱动电路。
    若应用于可靠性高的设备中,可选择具有温度保护、故障报警等控制功能全面的芯片。
    5.LED手电筒电路   
    如图12-36所示是简易的LED手电筒电路,它用1.5V电池供电,最低直流工作电压是0.5V。    

                   
    电路中,变压器Tl和VT1构成~个振荡器,用来将直流电压转换成振荡信号,再通过VD1整流和Cl滤波,将很低的直流电压升高,以便达到发光二极管能够正常工作的较高直流工作,VD2为发光二极管。



 

     由于受到LED功率水平的限制,通常需同时驱动多个LED以满足亮度需求,因此,需要专门的驱动电路来点亮LED。
    1.超高亮LED电阻限流电路
    电阻限流驱动电路是最简单的驱动电路,如图12-28所示是超高亮LED电阻限流驱动电路。

               
    限流电阻尺计算公式如下:  R=Ui-yUF-UD/xIF
    式中:Ui为电路的输入电压:
          IF为LED的正向电流;
          UF为LED在正向电流为IF时的压降;
          UD为防反二极管的压降(可选);
          y为每串LED的数目;
          x为并联LED的串数。
    这种电阻限流驱动电路简单,但是在输入电压波动时,通过LED的电流也会跟随变化,因此调节性能差。
    另外,由于电阻月的接入使损失增大,因此效率低。
    2.超高亮LED绒性调节器
    线性调节器的核心是利用工作于线性区的功率三极管或场效应管( MOSFFET)作为动态可调电阻来控制负载。
    线性调节器有并联型和串联型两种。
    (1)并联型线性调节器。这种线性调节器又称为分流调节器,如图12-29所示是超高亮LED并联型线性调节器,电路中VD1是LED,电路中只画出一只LED,实际上电路中可以是多个LED串联。Rl为限流保护电阻,VT1为分流管,Al为运放,R2为取样电阻。

                   
    这一电路的工作原理是:分流三极管VT1与LED(VDl)并联,当输入电压增大时,通过Al的控制,流过分流调节器(VT1管)的电流将会增大,这时会增大限流电阻上的压降,使流过LED( VDl)的电流保持恒定。同理,当输入电压减小时,流过VT1管的电流会减小,使电阻Rl上的压降减小,保持流过VD1的电流恒定。
    由于分流调节器需要串联一个电阻Rl,所以效率不高,并且在输入电压变化范围比较宽的情况下很难做到恒定的调节。
    由于分流管VT1与发光二极管VD1并联,所以称为并联型线性调节器。
    (2)串联型调节器。如图12-30所示是超高亮LED串联型线性调节器,电路中三极管VT1与发光二极管VD1串联,用VT1管集电极与发射极之间的内阻作为LED的限流电阻。

                         
    这一电路的工作原理是:当输入电压增大时,通过Al的控制,VT1管集电极与发射极之间内阻增大,使流过发光二极管VD1的电流保持恒定。同理,当输入电压减小时,VT1管集电极与发射极之间内阻减小,保持流过发光二极管VD1的电流恒定。
    由于功率三极管或场效应管都有一个饱和导通电压,因此,串联型线性调节器电路中的输入最小电压必须大于该饱和电压与负载电压之和,电路才能正常工作。
    3.超高亮LED开关调节器
    上述两种超高亮LED驱动电路不仅受输入电压范围的限制,而且效率低。
    在用于低功率的普通LED驱动时,由于电流只有几个毫安,因此损耗不明显,当LED工作电流有几百mA甚至更高时(如驱动高亮LED),功率电路的损耗就成了比较严重的问题,为此需要采用开关调节器。
    开关电源是目前能量变换中效率最高的,可以达到90%以上。
    开关电源功率级变换器电路主要有三种:降压式( Buck)、升压式(Boost)、降雁一升压式(Buck-Boost)。Buck、Boost和Buck-Boost等功率变换器都可以用于LED的驱动,只是为了满足LED的恒流驱动,采用检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈控制,以达到恒流驱动的目的。
    (1)降压式变换器LED驱动电路。如图12-31所示是降压式变换器的超高亮LED驱动电路,电路中VD1是续流二极管,VD2是发光二极管,Ll是储能电感,VT1是场效应管构成的开关管,Ll与VD2串联。

                
    这种电路中的开关管VT1接在电感Ll后面,这样场效管VT1的源极直接接地线,方便了场效管VT1的驱动。
    续流二极管VD1与LED和电感Ll串联电路反向并联,驱动电路简单,而且不需要输出滤波电容,降低了成本。
    这种电路是降压式变换器,不适用于输入电压低或者多个LED串联的电路。
    (2)升压式变换器LED驱动电路。如图12-32所示是升压式变换器的超高亮LED驱动电路,这一驱动电路的特点是能将输入电压Ui升到所需要的电压值,实现在低输入电压下对LED的驱动,可以用来驱动许多只LED串联的电路。

                               

   (3)降压一升压式变换器LED驱动电路。如图12-33所示是降压一升压式变换器超高亮LED驱动电路,这一电路与降压式电路相比多了一只电容Cl,这样可以提升输出电压的绝对值,因此在输入电压低,并且需要驱动多个LED时降压一升压式变换器应用较多。

                    
    4.超高亮LED的驱动控制集成电路简介
     根据超高亮LED大功率恒流驱动的特点,很多公司都推出了超高亮LED的专用驱动控制芯片,例如:Melexis、Infinton(英飞凌)、Lienear Technology(凌特)、Supenex Inc、Analog Devices( ADI)等。
    (1) MLX10801集成电路简介。MLX10801是Melexi8公司的一款针对汽车应用的LED驱动集成电路,该集成电路还可以用于继电器等线圈的驱动,以及用作电子熔断器。图12-34所示是集成电路MLX10801方框图,它集成了功率场效应管,最大驱动电流为350mA。

              
    集成电路MLX10801用做LED驱动具有如下特点:
    ①外部应用电路简单。
    ②具有内部/外部温度检测保护。
    ③具有高效率酌开关电源驱动。
    ④可以通过PWM(Pulse Width Modulation,脉冲宽度调制)输入控制亮度。
    ⑤LED的参数可以调节并可以存储到片内NV存储器中。
    集成电路MLX10801为8脚,功能强大,表12-11所示是集成电路MLX10801引脚功能说明。

  
    如图12-35所示是集成电路MIJX10801典型应用电路,LED(VD2)、Ll、VD3、R2和MLX10801内集成的场效应管组成一个典型的Buck(降压)型LED驱动电路,电路中的LED可以根据亮度需要采用多个LED串联。

                    
    电路中,通过检测电阻R2上的电压来检测通过LED的峰值电流,将该电流值与设定的基准值比较,通过控制端⑦脚(DRVOUT)的脉宽来控制LED(VD2)电流的大小。
    集成电路Al的⑧脚(CONTR)可以用做外部的开/关控制,或者输入PWM信号来控制LED闪烁。当不需要控制时,可以将⑧脚通过阻与①脚(VS)电源端相连。
    集成电路Al的⑤脚(DSENSE)用于连接外部的热敏电阻,以检测LED温度,保护LED。
    虽然集成电路MLXl0801内部具有内置热敏电阻,但是为了保证集成电路与LED相距较远时仍能够正确检测到温度,MIX10801仍然设置了⑤脚(DSENSE)来实现远距离温度的检测。
    集成电路(⑥脚(CALIB)用来与控制器通信,用于接受控制器设定LED的电流、允许最高温度、采用内部温度检测还是外部温度检测、是否防抖、软启动时间等参数。
    (2)大功率LED驱动集成电路的性能比较。表12-12所示是几种常用大功率LED驱动控制集成电路的性能比较。

              
    当需要较高功率时可选择功率器件没有集成在芯片内的控制器,这样就可以按照实际的功率需求单独选择功率器件。
    当需要较高的变换效率时,如便携式设备等,可选择开关电源类的驱动电路。
    若应用于可靠性高的设备中,可选择具有温度保护、故障报警等控制功能全面的芯片。
    5.LED手电筒电路   
    如图12-36所示是简易的LED手电筒电路,它用1.5V电池供电,最低直流工作电压是0.5V。    

                   
    电路中,变压器Tl和VT1构成~个振荡器,用来将直流电压转换成振荡信号,再通过VD1整流和Cl滤波,将很低的直流电压升高,以便达到发光二极管能够正常工作的较高直流工作,VD2为发光二极管。



 

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