高功率LED恒流源串聯(lián)驅(qū)動器的設(shè)計

摘要：本文著重介紹任意個(1~20個)高功率LED串聯(lián)的恒流源驅(qū)動器。它能有效克服并聯(lián)LED驅(qū)動器的缺點，明顯擴展和提高了市場上已出現(xiàn)的高功率LED串聯(lián)驅(qū)動器的應(yīng)用范圍和性能。

關(guān)鍵詞：串聯(lián)驅(qū)動器；恒流源；高功率LED

引言

隨著大功率LED的問世，因其發(fā)光效率是一般熒光燈或白熾燈的5~7倍，節(jié)能效果十分顯著。因而，大功率LED具有廣泛的應(yīng)用前景。目前，單個大功率LED已有1W、3W、5W和10W，已被大量使用的是1W和3W的大功率LED，采用多個大功率LED串聯(lián)和并聯(lián)，其組合輸出功率已達70W~100W。

大功率LED雖具有發(fā)光效率高和節(jié)能的優(yōu)點，但其管壓降的不一致卻是需要克服的缺點。其次，大功率LED的溫度特性較差。隨著結(jié)溫和環(huán)境溫度的改變，其管子的電流和發(fā)光效率變化很大，這也給使用帶來了不便。

由于大功率LED存在以上缺點，人們在使用時多采用兩種驅(qū)動方案：1.恒壓源驅(qū)動。即采用多個LED并聯(lián)后用恒壓源驅(qū)動。這樣,由于LED的管壓降不一致，使得二極管的電流不一致，從而其發(fā)光效率也大不一樣。在大功率LED中，此方案應(yīng)用較少。2.恒流源驅(qū)動。由于大功率LED的管壓降不一致，另外，LED受其結(jié)溫和環(huán)境溫度的影響較大，所以，用多個LED串聯(lián)，并用恒流源驅(qū)動能有效克服上述缺點。

大功率LED的主要特性

工作波長

大功率LED的工作波長與其發(fā)光的顏色有關(guān)。例如，冷白光LED的工作波長在525埃~600埃之間, 而暖白光LED的工作波長在525埃~675埃之間。

正向壓降

大功率LED的正向電壓每變化0.1V時，其電流變化約100mA.

工作電流與發(fā)光強度的關(guān)系

大功率LED的發(fā)光強度與其結(jié)溫和環(huán)境溫度有關(guān)。這主要是由于溫度升高時，其工作電流也相應(yīng)減小，同樣，LED的發(fā)光強度與其工作電流的關(guān)系近似為線性，對于1W和3W的LED，其工作電流每減少100mA，發(fā)光強度減少約15%。

高功率LED串聯(lián)恒流

源驅(qū)動器的原理

目前，市場上出現(xiàn)的高功率LED串聯(lián)驅(qū)動器有其局限性，一般為3~6個LED串聯(lián)，且個數(shù)要一定，不能任意聯(lián)接。本文提出一種任意個（1~20個）LED串聯(lián)的恒流源驅(qū)動方案，如圖1所示，其工作原理如下：

以1W的LED為例，其額定電流為350mA。由于某種原因使LED電流減小時，恒流源電路采集到變化(減小)的電流值，進行放大后，通過U1傳輸給控制電路。控制電路對采樣信號進行反相處理，輸出脈沖寬度增大。寬度增大的輸出脈沖驅(qū)動功率轉(zhuǎn)換級的功率管D5，使得次級輸出電壓增加。這樣，串聯(lián)LED兩端的電壓也增大，于是，流過LED的電流也增大，這就維持了LED的電流恒定。同樣，若由于某種原因，使LED的電流增大時，其控制過程相反。這種恒流源驅(qū)動器的優(yōu)點就在于：不管LED的管壓降差異有多大，其結(jié)溫和環(huán)境溫度的變化引起二極管的電流變化有多大，都能通過高速的恒流源電路的快速調(diào)整，來維持LED的電流恒定。

高功率LED恒流源

驅(qū)動器設(shè)計時要注意的問題

設(shè)計高功率LED恒流源驅(qū)動器時應(yīng)注意如下幾點：

1 根據(jù)串聯(lián)LED的個數(shù)來選擇控制電路的控制芯片。因為LED的個數(shù)不同，所需芯片的輸出功率也就不同。圖1中選擇的是ICE 2A165，也可選擇其它類似的開關(guān)電源控制芯片。

2 開關(guān)電源變壓器的漏感應(yīng)盡量小，否則會使驅(qū)動器的可靠性降低。因為變壓器的漏感大，在開關(guān)截止的瞬間會產(chǎn)生很高的反向尖峰電壓，嚴重時有可能超過控制開關(guān)的耐壓，而使芯片擊穿，造成驅(qū)動器的可靠性大大降低。開關(guān)電源變壓器T1是該產(chǎn)品的關(guān)鍵件，有必要在專業(yè)廠家制作。

3 恒流源電路的工作速度要快，這樣可以使LED更安全。因為本文提出的LED串聯(lián)驅(qū)動器是任意個（1~20個）串聯(lián)，這樣就要求開關(guān)電源的輸出電壓變化速度要快，若調(diào)整速度不快，則可能造成LED的損壞。

結(jié)語

實踐證明，本文提出的高功率LED恒流源驅(qū)動器的方案是可行的，并且與其它驅(qū)動器相比，成本較低，從而具有廣泛的應(yīng)用前景。