白光LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要 通過對(duì)LED電氣特性分析，根據(jù)其工作特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種以HV9910B為核心的市電供電PWM工作模式高效白光LED驅(qū)動(dòng)電路。通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，確定了電路的工作頻率，測(cè)試結(jié)果表明，該驅(qū)動(dòng)電路工作電壓范圍寬、恒流輸出，轉(zhuǎn)換效率超過85％。
關(guān)鍵詞 LED；恒流驅(qū)動(dòng)；開關(guān)電源

隨著LED的迅速發(fā)展。現(xiàn)在白光LED光源相比的傳統(tǒng)光源具有壽命長(zhǎng)、固體照明不易損壞、高光效、無(wú)汞環(huán)保、抗震等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)將成為第三代光源，將帶來(lái)照明領(lǐng)域的又一次革命。將LED使用到照明領(lǐng)域，需要適合LED的驅(qū)動(dòng)電源，文中利用PWM開關(guān)控制方式設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種白光LED的大功率驅(qū)動(dòng)電路。

1 LED電氣特性和驅(qū)動(dòng)要求
1．1 LED的電學(xué)特性
白光LED的I-V特性與普通二極管類似，只是開啟電壓不同，不同材料制備的LED開啟電壓一般在1．5～3．0 V之間。處于正向工作區(qū)時(shí)，工作電流IF與外加電壓呈指數(shù)關(guān)系

式中，Is為反向飽和電流；VF為二極管兩端的外加電壓；q為電子電荷；k為波爾茲曼常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度。LED可長(zhǎng)期穩(wěn)定工作時(shí)的直流電流，稱為額定工作電流，此時(shí)LED壓降稱為額定電壓。1 W的白光LED，其額定工作電流350 mA，額定電壓3．3 V。允許加在LED兩端正向電壓與流經(jīng)LED電流之積的最大值為其極限功耗，當(dāng)實(shí)際功耗超過該值時(shí)，LED發(fā)光特性變差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使LED產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞。
1．2 LED驅(qū)動(dòng)要求
由LED的I-V特性可知，當(dāng)加在LED兩端的電壓稍有波動(dòng)，都會(huì)引起電流的劇烈變化，此時(shí)很容易使電流過大，輸入功率超過其極限功耗，從而對(duì)LED造成不可恢復(fù)的損壞。當(dāng)LED工作電流值不同時(shí)，其發(fā)光強(qiáng)度也不同，若采用恒壓驅(qū)動(dòng)，則LED陣列應(yīng)采用并聯(lián)方式連接，但是由于LED個(gè)體之間的參數(shù)誤差，會(huì)導(dǎo)致各支路的電流不同，致使陣列發(fā)光強(qiáng)度不均勻，因此LED的驅(qū)動(dòng)電路一般選擇恒流驅(qū)動(dòng)模式，相應(yīng)的LED陣列亦采用串聯(lián)方式連接，驅(qū)動(dòng)電流一般設(shè)為L(zhǎng)ED額定電流的70％～85％，以保護(hù)LED，達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的目的，同時(shí)也使每個(gè)LED的發(fā)光強(qiáng)度均勻一致。
LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)中，需要考慮以下幾個(gè)基本指標(biāo)：
(1)提高驅(qū)動(dòng)電路的轉(zhuǎn)換效率，減小電路中的功耗。(2)提高電路的可靠性，能夠耐高壓，具有過流檢測(cè)功能。(3)電路盡量精簡(jiǎn)，有較小的電路體積和較低的制造成本。

2 PWM方式開關(guān)電路設(shè)計(jì)
2．1 PWM原理
PWM即脈沖寬度調(diào)制，利用脈沖控制開關(guān)電路的開關(guān)時(shí)間，可以控制電路輸出的平均電壓或電流從而達(dá)到控制電路的輸出功率。PWM開關(guān)穩(wěn)壓或恒流的基
本工作原理是在輸入電壓、系統(tǒng)參數(shù)及外接負(fù)載發(fā)生變化的情況下，在固定工作頻率下控制電路通過被控信號(hào)與基準(zhǔn)信號(hào)的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件導(dǎo)通的脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流穩(wěn)定。由于控制器件功耗小，工作在開關(guān)狀態(tài)中的電路效率高，所以電源效率一般可以做到80％～90％。該類電路都有完善的保護(hù)措施，屬高可靠性電源。PWM開關(guān)電路由4部分組成，即輸入整流濾波、PWM控制、開關(guān)器件和輸出濾波。根據(jù)PWM方式開關(guān)電路設(shè)計(jì)的LED驅(qū)動(dòng)電路框圖如圖1所示。

常見PWM開關(guān)控制信號(hào)產(chǎn)生部分大都實(shí)現(xiàn)了集成化，更加精簡(jiǎn)PWM開關(guān)電源的設(shè)計(jì)，下面介紹利用芯片HV9910B設(shè)計(jì)適用于大功率LED的典型PWM方式開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路。