電子基礎（1）：LED驅動器淺析

　　基于電壓－電流的變化率特性，LED驅動器需要一個符合要求的設計，所以了解它們的特性和基于特定應用選擇適當?shù)尿寗与娐肥侵陵P重要的。這樣專用的驅動電路才能為這些LED提供額定的電壓和電流，為它們正常工作創(chuàng)造一個良好的條件。

　　要達到發(fā)光的目的，LED需要一個正向電壓來讓電流流動。因此LED驅動器要為LED提供正向偏壓以便使其發(fā)光。LED的發(fā)光等級或亮度通常與正向電流的大小成正比。另外，通過LED的電流不應該超過設備規(guī)定的額定電流，否則可能造成永久傷害。因而恒定電流驅動電路是將電流控制在驅動LED的正確水準的理想方案。換句話說，LED驅動電路就是一種提供恒定電流而非恒定電壓的電源轉換電路。LED驅動電路最少應該包含一個電壓檢測電路和一個電流開關電路。

　　當電壓檢測電路探測到電源的不同電壓等級時，會向電流開光電路發(fā)送一個信號，然后電流開關電路被自動啟動，使用預先確定的電流值來對LED的電氣設置進行重新調整，從而有效點亮盡可能多的LED。

　　線性驅動器

　　線性穩(wěn)壓器通過在穩(wěn)壓器輸出端和接地節(jié)點之間連接一個電流采樣電阻，可以提供一個產(chǎn)生恒定電流的簡單方法。該穩(wěn)壓器的恒定輸出電壓通過回饋電阻來產(chǎn)生恒定電流。電源參考電壓和電流采樣電阻決定了LED的電流。線性穩(wěn)壓器通常用于驅動低功率LED，比如像PDA這樣的可擕式設備的背光燈。這些LED的典型電流值在15 mA到25 mA之間，Vf在3.0 V到3.4V之間。如果線性驅動器用于為多個LED供電，則這些LED應該串聯(lián)，以確保通過所有LED的電流相同，從而使發(fā)光量大致相等。

　　線性驅動器的優(yōu)點是方案的成本和電磁干擾較低，因為線性穩(wěn)壓器只需要在驅動IC周圍放置幾個電阻，并不會使用開關元件。由于線性驅動器需要輸出很高的電壓以便提供LED電流，因此這種方案的缺點是效率較低，即LED電壓與電源電壓的比值較低。線性穩(wěn)壓器的主要局限性是電源電壓總是高于LED電壓，因而線性電壓源無法提高輸出電壓，而只能將電壓降低到一定的程度。這種低效率會造成發(fā)熱問題。

　　開關驅動器

　　對于較寬輸入范圍的高電流應用來說，諸如上面所提到的簡單驅動器方案會產(chǎn)生較高的發(fā)熱量和較低的效率。而具有恒定電流輸出的開關驅動器則是驅動大功率LED的首選。該驅動器通常用于對串聯(lián)的電感和LED負載或并聯(lián)的電容和LED上的供電電壓進行開關控制。該電感或電容則用于當開關開啟時保存電能；然后在開關關閉是為LED提供電流。與線性驅動器不同，開關驅動器可以配置實現(xiàn)電壓遞減（buck），遞增（boost）或兩者共存的功能。因此很明顯開關驅動器允許LED在較寬的輸入電壓范圍上工作。除了具有恒定發(fā)光量的電流調整功能，它們還能將電能損失降到最低。毋庸置疑的是開關穩(wěn)壓器比線性穩(wěn)壓器更有效率。然而與線性穩(wěn)壓器相比，開關驅動器成本更高并且需要針對EMI問題進行謹慎的設計。為了通過適當?shù)姆绞絹眚寗覮ED，需要找到一個最令人滿意的性能價格比。

　　PWM調光

　　許多LED應用都需要調光功能，比如LED背光或建筑照明調光。通過調整LED的亮度和對比度可以實現(xiàn)調光功能。簡單的降低器件的電流也許能夠對LED發(fā)光進行調整。但是讓LED在低于額定電流的情況下工作會造成許多不良后果，比如色差問題。

　　取代簡單電流調整的方法是在LED驅動器中集成脈寬調制（PWM）控制器。PWM的信號并不直接用于控制LED，而是控制一個開關，例如一個MOSFET，以向LED提供所需的電流。PWM控制器通常在一個固定頻率上工作并且對脈寬進行調整，以匹配所需的占空比。當前大多數(shù)LED芯片都使用PWM來控制LED發(fā)光。為了確保人們不會感到明顯的閃爍，PWM脈沖的頻率必須大于100 Hz。

　　PWM控制的主要優(yōu)點是通過PWM的調光電流更加精確，這樣就最大程度的降低了LED發(fā)光時的色差。

　　LED驅動器的其他特性

　　由于能夠發(fā)出比傳統(tǒng)照明光源更多的光，高亮度LED在許多照明應用中占領了一席之地。但是這些LED會產(chǎn)生比傳統(tǒng)LED更多的熱量。因此，LED驅動器需要過熱保護功能以避免在持續(xù)工作中被發(fā)出的熱量所損壞。

　　用一個熱敏電阻可以實現(xiàn)一個過熱保護電路，用于當溫度達到默認值時切斷LED的電源。除了過熱保護，還有其他的安全問題需要考慮，例如短路保護和斷路保護。