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LED驱动技术原理2020-06-15 14:53

LED驱动手艺道理

正向压降(VF)和正向电流的(IF)关系曲线,由曲线可知,当正向电压跨越某个阈值(约2V),即凡是所说的导通电压以后,可近似认为,IF与VF成正比。见表是当前首要超高亮LED的电气特征。由表可知,当前超高亮LED的最高IF可达1A,而VF凡是为2~4V。

   因为LED的光特征凡是都描写为电流的函数,而不是电压的函数,光通量(φV)与IF的关系曲线,是以,采取恒流源驱动可以更好地节制亮度。另外,LED的正向压降转变规模比力年夜(最年夜可达1V以上),而由上图中的VF-IF曲线可知,VF的细小转变会引发较年夜的,IF转变,从而引发亮度的较年夜转变。所以,采取恒压源驱动不克不及包管LED亮度的一致性,而且影响LED的靠得住性、寿命和光衰。是以,超高亮LED凡是采取恒流源驱动。

   LED的温度与光通量(φV)关系曲线,由下图可知光通量与温度成反比,85℃时的光通量是25℃时的一半,而一40℃光阴输出是25℃时的1.8倍。温度的转变对LFD的波长也有必然的影响,是以,杰出的散热是LED连结恒定亮度的包管。

  

  一般LED驱动电路介绍

  

   因为遭到LED功率程度的限制,凡是需同时驱动多个LED以知足亮度需求,是以,需要专门的驱动电路来点亮LED。下面扼要介绍LED概念型驱动电路。

   电阻限流驱动电路是最简单的驱动电路,限流电阻按下式计较。

   Vin为电路的输入电压: VF为IED的正向电流; VF为LED在正向电流为,IF时的压降; VD为防反二极管的压降(可选); y为每串LED的数量; x为并联LED的串数。

   LED的线性化数学模子为式中:Vo为单个LED的开通压降; Rs为单个LED的线性化等效串连电阻。则上式限流电阻的计较可写为当电阻选定后,电阻限流电路的IF与VF的关系为由上式可知电阻限流电路简单,可是,在输入电压波动时,经由过程LED的电流也会追随转变,是以调理机能差。别的,因为电阻R的接人损掉的功率为xRIF,是以效力低。

  

  线性调理器介绍

  

   线性调理器的焦点是操纵工作于线性区的功率三极管或MOSFFET作为一动态可调电阻来节制负载。线性调理器有并联型和串连型两种。

   并联型线性调理器又称为分流调理器(现实上负载可所以多个LED串连,下同),它与LED并联,当输入电压增年夜或LED削减时,经由过程分流调理器的电流将会增年夜,这将会增年夜限流电阻上的压降,以使经由过程LED的电流连结恒定。因为分流调理器需要串连一个电阻,所以效力不高,而且在输入电压转变规模比力宽的环境下很难做到恒定的调理。串连型调理器,当输入电压增年夜时,调理动态电阻增年夜,以连结LED上的电压(电流)恒定。因为功率三极管或MOSFET管都有一个饱和导通电压,是以,输入的最小电压必需年夜于该饱和电压与负载电压之和,电路才能准确地工作。

   上述驱动手艺不单受输入电压规模的限制,并且效力低。在用于低功率的通俗LED驱动时,因为电流只有几个mA,是以消耗不较着,当用作电流有几百mA乃至更高的高亮LED的驱动时,功率电路的消耗就成了比力严重的问题。开关电源是今朝能量变换中效力最高的,可以到达90%以上。Buek、Boost和 Buck-Boost等功率变换器都可以用于LED的驱动,只是为了知足LED的恒流驱动,采取检测输出电流而不是检测输出电压进行反馈节制。

   采取Buck变换器的LED驱动电路,与传统的Buek变换器分歧,开关管S移到电感L的后面,使得S源极接地,从而便利了S的驱动,LED 与L串连,而续流二极管D与该串连电路反并联,该驱动电路不单简单并且不需要输出滤波电容,下降了本钱。可是,Buck变换器是降压变换器,不合用于输入电压低或多个LED串连的场所。

   采取Boost变换器的LED驱动电路,经由过程电感储能将输出电压泵至比输入电压更高的期望值,实此刻低输入电压下对LED的驱动。长处是如许的驱动IC输出可以并联利用,有用的提高单颗LED功率。

   采取Buck―Boost变换器的LED驱动电路。与Buek电路类似,该电路S的源极可以直接接地,从而便利了S的驱动。Boost和 Buck-Boosl变换器固然比Buck变换器多一个电容,可是,它们都可以晋升输出电压的绝对值,是以,在输入电压低,而且需要驱动多个LED时利用较多。

  

  PWM调光常识介绍

  

   在手机及其他消费类电子产物中,白光LED愈来愈多地被利用作为显示屏的背光源。最近,很多产物设计者但愿白光LED的亮光度在分歧的利用场所可以或许作响应的转变。这就意味着,白光LED的驱动器应可以或许撑持LED亮光度的调理功能。今朝调光手艺首要有三种:PWM调光、摹拟调光、和数字调光。市场上良多驱动器都可以或许撑持此中的一种或多种调光手艺。本文将介绍这三种调光手艺的各自特点,产物设计者可以按照具体的要求选择响应的手艺。

   PWM Dimming (脉宽调制) 调光体例――这是一种操纵简单的数字脉冲,频频开关白光LED驱动器的调光手艺。利用者的系统只需要供给宽、窄分歧的数字式脉冲,便可简单地实现改变输出电流,从而调理白光LED的亮度。PWM 调光的长处在于可以或许供给高质量的白光,和利用简单,效力高!例如在手机的系统中,操led灯珠有几种规格纵一个专用PWM接口可以简单的发生肆意占空比的脉冲旌旗灯号,该旌旗灯号经由过程一个电阻,毗连到驱动器的EN接口。大都厂商的驱动器都撑持PWM调光。可是,PWM 调光有其劣势。首要反应在:PWM调光很轻易使得白光LED的驱动电路发生人耳听得见的噪声(audible noise,或microphonic noise)。这个噪声是若何发生?凡是白光LED驱动器都属于开关电源器件(buck、boost 、charge pump等),其开关频率都在1MHz摆布,是以在驱动器的典型利用中是不会发生人耳听得见的噪声。可是当驱动器进行PWM调光的时辰,假如PWM旌旗灯号的频率正好落在200Hz到20kHz之间,白光LED驱动器四周的电感和输出电容就会发生人耳听得见的噪声。所以设计时要避免利用20kHz以下低频段。

   我们都知道,一个低频的开关旌旗灯号感化于通俗的绕线电感(wire winding coil),会使得电感中的线圈之间相互发生机械振动,该机械振动的频率正好落在上述频率,电感发出的噪音就可以够被人耳听见。电感发生了一部门噪声,另外一部门来自输出电容。此刻愈来愈多的手机设计者采取陶瓷电容作为驱动器的输出电容。陶瓷电容具有压电特征,这就意味着:当一个低频电压纹波旌旗灯号感化于输出电容,电容就会发出吱吱的蜂鸣声。当PWM旌旗灯号为低时,白光LED驱动器住手工作,输出电容经由过程白光LED和下真个电阻进行放电。是以在PWM调光时,输出电容不成避免的发生很年夜的纹波。总之,为了不PWM调光时可听得见的噪声,白光LED驱动器应当可以或许供给超越人耳可听见规模的调光频率!相对PWM调光,假如可以或许改变RS的电阻值,一样可以或许改变流过白光LED的电流,从而转变LED的亮光度。我们称这类手艺为摹拟调光。

   摹拟调光最年夜的优势是它避免了因为调光时所发生的噪声。在采取摹拟调光的手艺时,LED的正领导通压降会跟着LED电流的减小而下降,使得白光LED的能耗也有所下降。可是区分于PWM调光手艺,在摹拟调光时白光LED驱动器始终处于工作模式,而且驱动器的电能转换效力跟着输出电流减小而急速降落。所以,采取摹拟调光手艺常常会增年夜全部系统的能耗。摹拟调光手艺还有个错误谬误在于发光质量。因为它直接改变白光LED的电流,使得白光LED的白光质量也产生了转变!

   除PWM调光,摹拟调光,今朝有些产商的驱动器撑持数字调光。具有数字调光手艺的白光LED驱动器会有响应的数字接口。该数字接口可所以SMB、I2C、或是单线式数字接口。系统设计者只要按照具体的通讯和谈,给驱动器一串数字旌旗灯号,便可以使得白光LED的亮光产生转变。