為高亮度LED提供高效電流驅(qū)動(dòng)

高亮度led發(fā)展背景

近幾年，高亮度led (hb led)在各種照明系統(tǒng)中作為光源日益受到青睞，這是由于高亮度led具有高度的可靠性，使用壽命可以達(dá)到幾十甚至幾萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)的白熾燈或鹵素?zé)舻氖褂脡勖叱鰩讉€(gè)數(shù)量級(jí)?；谶@一優(yōu)勢(shì)，高亮度led在汽車照明、公共標(biāo)示與信號(hào)標(biāo)志以及建筑照明中得到普遍應(yīng)用。

高亮度led是經(jīng)過(guò)特殊處理的pn結(jié)半導(dǎo)體器件，正向偏置時(shí)可發(fā)出白光、紅光、綠光或藍(lán)光(也可能產(chǎn)生其它顏色光)。作為pn結(jié)它們表現(xiàn)出類似于傳統(tǒng)二極管的v-i特性，但具有較高的結(jié)壓降。在正向電壓達(dá)到vf (從紅光led的2.5v到藍(lán)光led的4.5v)，流過(guò)led的電流很??；一旦正向電壓達(dá)到vf，電流將迅速上升(與傳統(tǒng)二極管相同)。因此，必須采用限流措施限制電流的上升，以防led損壞。目前有三種基本的限流方式，表1對(duì)這三種方式進(jìn)行了對(duì)比：

表1. 限流方式比較

1假設(shè)一個(gè)白色led：vf = 4v、iled = 350ma、vin = 12v。

高亮度led開關(guān)電源

圖1是基于固定頻率、高集成度pwm開關(guān)轉(zhuǎn)換器max5035的高亮度led電源原理圖，輸出電流可達(dá)1a。另一類似器件max5033的輸出電流可以達(dá)到500ma。這款基于電感的buck調(diào)節(jié)器能夠準(zhǔn)確控制流過(guò)led (或幾個(gè)串聯(lián)led，總電壓為12v)的電流。max5035的開關(guān)頻率為125khz，輸入電壓范圍高達(dá)76v (需使用更高額定電壓的輸入電容和二極管)。此電路可以在較寬的輸入電壓范圍內(nèi)控制并保持恒定的led電流。表2總結(jié)了該電路的設(shè)計(jì)規(guī)格。

圖1. 通過(guò)調(diào)節(jié)控制電壓(0v至3.9v)，max5035 led電流驅(qū)動(dòng)器能夠在led_a和led_k端產(chǎn)生近似350ma至0ma的輸出電流。

利用圖1電路在控制端作用一個(gè)電壓調(diào)節(jié)led電流(圖2)。圖3給出了這一控制架構(gòu)的效率。

控制電壓與三個(gè)并聯(lián)檢流電阻的電壓共同作用到ic的反饋(fb)引腳。ic的內(nèi)部控制環(huán)路使fb引腳的電壓保持在大約1.22v，因此，由于控制電壓與電流檢測(cè)電壓都必須保持在1.22v (由電阻r1和r5設(shè)置)，更高的控制電壓將產(chǎn)生更小的電流。

以下等式除了適用于本例外，還可用來(lái)設(shè)計(jì)其它的輸出電流和控制電壓：

在許多情況下，利用低頻(50hz至200hz)pwm方式調(diào)節(jié)led電流非常方便，通過(guò)控制脈沖寬度調(diào)節(jié)亮度(圖4)。雖然led在每個(gè)脈沖期間保持相同亮度，肉眼能夠察覺到短暫的亮度變化，但是，這種調(diào)節(jié)方法的優(yōu)點(diǎn)在于光譜保持不變，采用幅度調(diào)節(jié)時(shí)光譜會(huì)隨著流過(guò)led電流的變化而改變。

采用100hz pwm控制波形時(shí)，led電流的脈沖如圖4所示。一般來(lái)說(shuō)，低頻pwm調(diào)光電路的效率比線性led調(diào)光電路(圖2)更高。

結(jié)論

圖1所示ic (max5035、max5033)為恒流驅(qū)動(dòng)高亮度led提供了一種高性價(jià)比方案，該方案具有以下優(yōu)勢(shì)：

高開關(guān)頻率(125khz)允許選擇小電抗器件(l1和c2)。
能夠在寬輸入電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率。
輸出電壓可達(dá)12v，能夠驅(qū)動(dòng)三個(gè)串聯(lián)的高亮度綠色led。
無(wú)需機(jī)械散熱器。
電壓范圍可擴(kuò)展至76v，適用于驅(qū)動(dòng)汽車高亮度led。
可用于24v信號(hào)標(biāo)志燈和建筑照明。
通過(guò)變化電流檢測(cè)電阻r2、r3與r4值，輸出電流可達(dá)到1a。
內(nèi)置開關(guān)功率mosfet，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
可通過(guò)控制輸入引腳，利用模擬電壓幅度(線性調(diào)光)調(diào)節(jié)led的亮度。
通過(guò)控制輸入，利用低頻pwm信號(hào)調(diào)節(jié)亮度。