白光LED驱动电路的设计
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白光LED的控制电路图白光LED为电流驱动器件,其光输出强度由流过LED的电流决定。
图1是由电压源和限流电阻构成的一种简单偏置电路,流过白光LED的电流由下式确定。
式中,RLIM为限流电阻,在图1中RLIM分别为R1,R2,R3。
图1 LED偏置电路这种方式的成本较低,但要求LED参数要一致。
图2、图3为25℃时白光LED的正向电压(典型值)与导通电流的关系曲线。
从电流指标可以看出:GaAsP-LED的正向电压UF可以上升到2.7V(高出典型值40%);白光InGaN -LED的正向电压UF可以上升到4.2V(高出典型值10%)。
如果系统中需要多个白光LED,如移动电话显示器背光需要采用8个白光LED,按照图2-35的设计方案将需要多个限流电阻,将占用较大的线路板面积。
图2 LED偏置电路图3 典型InGaN的正向电压与正向电流的对应关系如果将Ucc增大到UF的10倍以上则可以减少受UF变化的影响,但耗电较大,不符合电池供电电子设各的需求。
对于采用单节锂离子电池供电的电子设备,锂离子电池电压的变化范围为3~4.2V。
如果白光LED的偏置电路只是简单地由锂离子电池和限流电阻组成,则输出亮度将会产生明显的变化。
合理的方案应该是采用电流偏置电路。
(1)电流偏置电路电流偏置电路实际上是用1个电流源为白光LED提供偏置。
如果电流源具有足够的动态范围,则这种偏置方式将不受UF变化的影响。
图4为电流偏置方案的原理框图。
该电路将图1中的限流电阻用电流源替代了。
LED的光输出强度与电源和正向电压无关,只要有足够的电源电压为电流源和LED提供偏置即可。
图4中的VT1为使能控制开关。
图4 用电流源为LED提供偏置MAX1916为专用白光LED驱动IC,MAX1916提供了一种先进的白光LED电流偏置电路。
MAX1916在微型50723封装内集成了3组电流源,流过RSET的电流镜像到了3个输出端,如图5所示。
电路中的几个相同的MOSFET具有相同的栅源电源,因此它们的沟道电流相同,电流的大小由镜电流ISET决定。
白光LED串联与并联驱动方案白光LED可以采用串联,也可采用并联连接方式,两种解决方案各有优、缺点。
并联方式的缺点是LED电流及亮度不能自动匹配。
串联方式可以保持固有的匹配特性,但需要更高的供电电压。
红光LED和绿光LED的正向压降为1.8~2.4V(典型值),一些常用电池即可提供足够高的电压,直接驱动这些LED。
然而,白光LED的正向压降为3~4V(典型值),故通常需要一个独立电源供电。
在串联配置中,LED的数量受驱动器的最高电压限制。
若最高电压为40V,在串联配置中根据白光LED的正向电压,这一最高电压最多能够驱动10~13个白光LED,驱动电流的范围是连续状态的10~350mA。
这种配置的优势是串联白光LED可以用单线传输电流。
其缺点是:当PCB空间受限时(特别是高功率时),铜导线上的电流密度是个问题,而且如果在串联模式中一个白光LED发生故障,所有白光LED都将被关掉。
但是,从设计角度看,如果有屁个白光LED,就要将电池电压提升到n×UF,所以必须采用升压结构。
可以利用电感元件精确地监控电流斜率,从而限制由菲受控瞬间电流产生的EMI。
典型的升压拓扑结构如图1所示。
图1 基于电感升压变换器的LED驱动器在并联配置中,特定阵列中的白光LED数量受到驱动器封装水平和连接器引脚数量的限制。
另外,在白光LED并联时,必须对每个白光LED进行电流控匍,以确保各白光LED 之间的匹配非常适合特定应用场合。
实际上,两个白光LED间电流流不一致的程度超过10%以上时,将影响彩色LCD显示图像的质量(白光LED作为LCD的背光源)。
在串联配置的两个白光LED中并不存在两个白光LED电流不一致的问题,因为流过两个白光LED的电流是相同的。
此外,并联配置能够利用电荷泵技术,用2个陶瓷电容将能量从电池传输到白光LED 阵列。
除了电荷泵变换器以外,每个白光LED控制器还包含一个电流镜像,此电流镜像的性能是白光LED间良好匹配的关键。
编号:__________基于LED白光照明模组驱动电路设计方案(最新版)编制人:__________________审核人:__________________审批人:__________________编制单位:__________________编制时间:____年____月____日由于当前温室效应和能源危机的影响,使得人们对节能技术越来越关注。
LED照明具有节能、寿命长等优点,LED 照明技术作为新型绿色照明技术,目前的应用日趋广泛。
LED 的白光照明通常是使用蓝、绿、红三原色多芯片LED模组构成,由于这种LED模组中每种LED芯片的老化特性不同,因此色温会随着时间和温度而发生变化。
这就给白光LED的使用带来了限制。
1 白光LED模组的驱动对于传统光源的驱动方式丽青,大都是以恒定电压的形式存在,这就使得传统光源的驱动十分简单。
在线性范围内,LED的发光强度与其驱动电流及正向压降成正比,并随着温度而变化,这就需要恒定的电流来驱动LED。
除此之外。
白光LED模块有一个重要的指标,就是色温。
色温以温度K来表示,某光源与黑体的颜色相同时,就把黑体当时的温度称为该光源的色温。
白光LED色温取决于所发出的白光中3种色彩成分的构成比例。
为了调节白光LED模组光源的色温,就需要对白光LED 模组里中的蓝、绿、红3个LED芯片的驱动电流进行单独控制,就需要3个独立的恒流驱动电路。
目前,恒流驱动电路一般都采用开关模式的PWM控制器来实现,其驱动电流的调节主要分为模拟调节方式和PWM调节方式。
模拟调节方式是利用PWM控制器来对驱动电流进行调节,以稳定LED的驱动电流,得到稳定的输出光强。
由于通常PWM控制器的反馈控制信号是一个电压值,所以模拟调节是利用一个测量电阻对输出驱动电流进行采样,并将其转换为反馈电压信号,通过PWM控制器对反馈电压的稳定,从而达到稳定输出驱动电流的目的,电路原理图如图1所示。
使用模拟方式调节输出电流来调节LED输出光强的方法存在一个很大的问题:由于LED的输出波长会随着LED的驱动电流改变而发生变化,这样在不同的输出光强下,白光LED 模组的色温就会发生变化。