LED電源驅動電路解析

        隨著白光 LED的誕生及其迅速發展，LED開始進入普通照明階段。LED是一種固態冷光源，是繼白熾燈、熒光燈和高強度放電燈（HID）之後出現的第四代電光源。現已普遍應用於(yu) 建築物照明、街道照明、景觀照明、標識牌、信號燈、以及住宅內(nei) 的照明等領域中。

　　LED 供電的原始電源目前主要有三種：即低壓電池、太陽能電池和交流市電電源。無論是采用哪一種原始電源，都必須經過電源變換來滿足 LED 的工作條件。這種電源變換電路，一般來說就是指的 LED 驅動電路。在 LED 太陽能供電係統中，還需要蓄電池或超級電容器，用以儲(chu) 存太陽能。在夜晚需要照明時，蓄電池或超級電容器再通過控製電路放電，為(wei) LED驅動電路供電。

　　太陽能和風能與(yu) LED 的結合，是 LED 應用的一大亮點，它將為(wei) 第三世界的貧困和邊遠地區帶來光明，讓綠色照明的光輝照亮世界的每一個(ge) 角落。

　　一、低壓直流供電的 LED驅動電路

　　1.當輸入電壓高於(yu) LED電壓時

　　當輸入電壓高於(yu) LED或 LED串的電壓降時，通常采用線性穩壓器或開關(guan) 型降壓穩壓器。

　　（1）線性穩壓器

　　線性穩壓器是一種 DC-DC 降壓式變換器。LED 驅動電路所采用的線性穩壓器大都為(wei) 低壓差穩壓器（LDO），其優(you) 點是不需要電感元件，所需元件數量少，不產(chan) 生 EMI，自身電壓降比較低。但是與(yu) 開關(guan) 型穩壓器相比，LDO的功率損耗還是較大，效率較低。LDO在驅動 350mA以上的大功率 LED串時，往往需要加散熱器。

　　（2）開關(guan) 型降壓（buck）穩壓器

　　基於(yu) 單片專(zhuan) 用 IC 的開關(guan) 型降壓穩壓器需要一個(ge) 電感元件。 許多降壓穩壓器開關(guan) 頻率達 1MHz以上，致使外部元件非常小，占據非常小的空間，效率達 90%以上。但這種變換器會(hui) 產(chan) 生開關(guan) 噪聲，存在 EMI問題。圖 1所示是基於(yu) Zetex 公司 ZXSC300的 3W LED降壓型驅動電路。其中的RCS為(wei) 電流傳(chuan) 感電阻， D1為(wei) 1A的肖特基二極管。 在6V的輸入電壓下， 通過LED的電流達1.11A.ZXSC300 采用 5 引腳 SOT23 封裝。

　　目前有很多降壓變換器單片IC將開關(guan) MOSFET（Q1）和降壓二極管（D1）也集成在同一芯片上，使外部元件數量進一步減少。

　　2.當輸入電壓低於(yu) LED電壓時

　　當輸入電壓低於(yu) LED或 LED串的總正向壓降時，LED需要升壓型驅動電路。升壓型變換器主要有以下兩(liang) 種類型。

　　（1）電感升壓變換器

　　在手機背光照明中，常使用電感升壓型 LED 驅動電路。開關(guan) 型電感升壓變換器被用作驅動一個(ge) 或多個(ge) LED組成的 LED串，通過每個(ge) LED的電流相等。如果 LED串中有一個(ge) LED開路，其他 LED 將會(hui) 熄滅。圖 2 所示為(wei) 電感升壓型 LED 驅動電路，LED 串由 8 隻日亞(ya) 化工公司的NSPW500BS型白光 LED組成，在 4V的輸入電壓下，通過每個(ge) LED的電流約為(wei) 25mA.

　　目前絕大多數升壓穩壓器 IC，都將開關(guan) 管集成在芯片中，有的還集成了肖特基二極管。

　　（2）開關(guan) 電容（電荷泵）升壓變換器

　　開關(guan) 電容升壓轉換器亦即電荷泵。電荷泵專(zhuan) 用 IC 內(nei) 置切換開關(guan) ，外接 1 個(ge) 或兩(liang) 個(ge) 1μF的充放電電容。電荷泵工作模式有 1&TImes;、1.5&TImes;和 2&TImes;，近幾年又出現了 1.33&TImes;（4/3 倍）和 4×模式。在輸出電壓接近輸入電壓時，電荷泵不需要升壓，即在 1×模式工作。當需要升壓時，則切換到 1.5×或其他工作模式。電荷泵電路可以驅動 LED 陣列，也可隻驅動 1 個(ge) LED.圖 3 所示為(wei) 基於(yu) MAXl570的電荷泵驅動5個(ge) 白光LED的電路。 MAX1570采用4mm×4mm的16引腳QFN封裝，最大厚度為(wei) 0.8mm.MAX1570 輸入電壓範圍為(wei) 2.7V~5.5V，在1MHz 的固定頻率和在 1×及 1.5×模式高效工作，為(wei) LED提供 30mA的恒流，LED電流匹配精度達 0.3%，並且 LED電流可由單個(ge) 電阻 RsEr設置。 可通過數字輸入或 PWM 來控製LED亮度， 在關(guan) 閉狀態僅(jin) 消耗 0.1μA的電流。

　　3.當輸入電壓既可能高於(yu) 也可能低於(yu) LED電壓時

　　在輸入電壓既可能高於(yu) ，也可能低於(yu) LED或 LED串的總電壓降時，就必須使用降壓/升壓變換器。基於(yu) LT℃3783 的降壓/升壓型變換器驅動 8 隻1.5A串聯 LED的電路如圖 4 所示。該 LED串驅動電路的輸入電壓範圍為(wei) 9~36V，LED 串的總電壓降範圍為(wei) 18~37V.在 VIN=14.4V，Vo=36V和 I0=1.5A條件下，輸出功率為(wei) 54W，效率達 93%.電路的開關(guan) 頻率由 IC 腳FREQ上的

　　電阻 R5 設置（頻率範圍為(wei) 20kHz~1MHz），R7 與(yu) R8 組成的分壓器設置輸出過電壓保護電平，連接在 IC 腳 FBP 與(yu) 高側(ce) 線路之間的 R4，用作感測 LED 電流。LTC3783 支持多拓撲結構。用其還可以構築升壓轉換器和降壓轉換器等電路。

　　回掃變換器、單端初級電感變換器（SEPIC）和 CUK穩壓器等，都可以升高或降低輸入電壓，

　　輸出與(yu) 輸入電壓在極性上可以相同或相反。每種拓撲都有獨特的優(you) 勢，但效率都比降壓一升壓穩壓器低。