LED驱动电路设计课程__第2章(精品).ppt
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1、第第2章章 实用实用LED驱动电路设计驱动电路设计详解详解2.1 最简单的驱动电路什么电路最简单?什么电路最简单?什么电路最简单?什么电路最简单?什么电路什么电路LEDLED驱动电路最简单、控制驱动电路最简单、控制ICIC最容易买到?这是最容易买到?这是LEDLED应用时必须要考虑的,也是应用时必须要考虑的,也是LEDLED驱动电路设计者必须驱动电路设计者必须考虑的。考虑的。LEDLED照明是用来替代白炽灯照明的,因此照明是用来替代白炽灯照明的,因此LEDLED驱动电路要驱动电路要尽可能的低廉方能与白炽灯相竞争,尽可能的低廉方能与白炽灯相竞争,LEDLED驱动电路的最基驱动电路的最基本的功能就
2、是控制本的功能就是控制LEDLED在不同的结温条件下保持所流过的在不同的结温条件下保持所流过的电流在安全范围内。电流在安全范围内。首先,在直流供电电源的首先,在直流供电电源的LEDLED驱动器中,最简单的电路就驱动器中,最简单的电路就是:如果是:如果LEDLED的工作电压与电池电压相近,可以直接用电的工作电压与电池电压相近,可以直接用电池驱动池驱动LEDLED,这是最简单的,这是最简单的LEDLED驱动的实现方式,无需任驱动的实现方式,无需任何其它元件;何其它元件;如果如果LEDLED电压与电源电压相差稍大,无法用电源直接驱动电压与电源电压相差稍大,无法用电源直接驱动LEDLED时,利用电阻限
3、制时,利用电阻限制LEDLED的电流,实现的电流,实现LEDLED在规定的电在规定的电流范围内工作。流范围内工作。2.2 LED串联电阻方式LED串联电阻方式的电路如图:从电路的简洁性角度考虑,多一个电阻就比没有电阻麻烦,那么LED为什么要串联电阻?从理论上说,任何一个电源都不能够与从理论上说,任何一个电源都不能够与LEDLED工作电压相匹工作电压相匹配,其原因是配,其原因是LEDLED的工作电压随的工作电压随LEDLED的工作结温变化,随的工作结温变化,随着结温的升高,在相同工作电流条件下着结温的升高,在相同工作电流条件下LEDLED的工作电压随的工作电压随结温的上升而降低,特别是大功率结温
4、的上升而降低,特别是大功率LEDLED的工作结温相对很的工作结温相对很高,工作电压会变化很大,如果用恒定的电压源驱动高,工作电压会变化很大,如果用恒定的电压源驱动LEDLED就会出现刚开始工作电流很低,也可能工作电流由于驱动就会出现刚开始工作电流很低,也可能工作电流由于驱动电压不足永远不会达到额定电流,于是亮度非常暗,如图电压不足永远不会达到额定电流,于是亮度非常暗,如图2.22.2中的虚线中的虚线1 1对应的对应的A A点的工作状态;另一种情况就是开点的工作状态;另一种情况就是开始的工作电流就达到始的工作电流就达到LEDLED的额定电流,于是在工作电压和的额定电流,于是在工作电压和额定电流的
5、共同作用下,额定电流的共同作用下,LEDLED的结温迅速上升,在相同的的结温迅速上升,在相同的电压驱动下,电压驱动下,LEDLED的工作电流随之上升,使得的工作电流随之上升,使得LEDLED工作结工作结温进一步上升,功率也随之增加。温进一步上升,功率也随之增加。定电压状态下不同结温的LED电流右边的曲线为室温状态下的右边的曲线为室温状态下的LEDLED结温,左边的曲结温,左边的曲线是高结温时的特性曲线。线是高结温时的特性曲线。如果在正常结温状态下,如果在正常结温状态下,LEDLED的工作电流为正常的工作电流为正常工作电流,对应的工作电压如图工作电流,对应的工作电压如图2.22.2的虚线的虚线2
6、 2,其,其工作点为工作点为C C点,随着点,随着LEDLED的持续点亮,作用在的持续点亮,作用在LEDLED的功率会使的功率会使LEDLED结温升高。随着结温升高。随着LEDLED结温的升高,结温的升高,LEDLED的特性曲线会左移,如图的特性曲线会左移,如图2.22.2中的左边的特性中的左边的特性曲线。这时,在定电压下的曲线。这时,在定电压下的LEDLED的工作电就会转的工作电就会转移到移到D D点。很显然点。很显然D D点的工作电流明显的大于点的工作电流明显的大于C C点点的工作电流。的工作电流。这种恶性的正反馈循环下去会过早的导致这种恶性的正反馈循环下去会过早的导致LEDLED的的损坏
7、。因此在驱动损坏。因此在驱动LEDLED时要限制其工作电流,这时要限制其工作电流,这就是为什么要串联电阻的最简单的原因。就是为什么要串联电阻的最简单的原因。利用电阻的限流特性来限制LED的电流将LED与电阻串联后接到电压源后可以利用电阻的限流特性来限制LED的电流。如图:图中分别选用图中分别选用3.6V/6.83.6V/6.8、4V/204V/20、5V/565V/56、6V/826V/82的电源电压和限流电阻。在的电源电压和限流电阻。在3.6V/6.83.6V/6.8条条件下,高温时的件下,高温时的LEDLED电流从常温时的电流从常温时的30mA30mA上升到上升到高结温时的约高结温时的约4
8、5mA45mA,明显低于,明显低于3.4V3.4V定电压驱动的定电压驱动的65mA65mA;选用;选用4V/204V/20的工作条件,在高结温条件的工作条件,在高结温条件下下LEDLED电流低于电流低于40mA40mA,高结温状态的电流又进一,高结温状态的电流又进一步降低;如果选用步降低;如果选用5V/565V/56电源电压和限流电阻,电源电压和限流电阻,则则LEDLED在高结温时的电流降低到在高结温时的电流降低到35mA35mA以下;采用以下;采用6V/826V/82的电源电压和限流电阻,的电源电压和限流电阻,LEDLED电流降低到电流降低到约约33mA33mA。在相同的结温、不同的电源电压
9、条件下,在相同的结温、不同的电源电压条件下,LEDLED的的电流也会随电源电压的变化而剧烈变化。电流也会随电源电压的变化而剧烈变化。不同电源电压时LED的电流图中显示,当电源电压从3.4V上升到3.6V时(电源电压变化+5.88%),对应的LED工作点从A点转移到C点。电流从3.4V的30mA上升到3.6V的67mA;4V电源电压用20电阻限流,在相同的电源电压变化情况下对应电源电压从4.0V上升到4.24V,由于限流电阻的作用,在电源电压上升5.88%时的LED电流仅上升到约38mA。从以上两个例子可以看到,通过串联电阻可以有从以上两个例子可以看到,通过串联电阻可以有效地减小效地减小LEDL
10、ED因结温变化和电源电压变化造成的因结温变化和电源电压变化造成的LEDLED电流的变化。这种抑制电流的变化。这种抑制LEDLED电流变化的也需电流变化的也需要付出代价,这就是需要将电源电压升高。上图要付出代价,这就是需要将电源电压升高。上图的例子就是将电压提高的例子就是将电压提高25%25%,也就是说电源电压,也就是说电源电压中有中有20%20%消耗在电阻上,这对于电流不大的消耗在电阻上,这对于电流不大的LEDLED驱动使可以这样做的,其原因很简单,串联一个驱动使可以这样做的,其原因很简单,串联一个电阻远比采用一个电阻远比采用一个DC/DCDC/DC变换器简单得多。所以变换器简单得多。所以经常
11、会看到采用经常会看到采用12V12V供电的白光供电的白光LEDLED驱动常采用驱动常采用3 3个白光个白光LEDLED串联,再串联一个约串联,再串联一个约100/0.125W100/0.125W电电阻就可以很好的使阻就可以很好的使LEDLED获得约获得约20mA20mA的驱动电流。的驱动电流。为了尽可能的提高电源利用率,与为了尽可能的提高电源利用率,与LEDLED串联的电串联的电阻的电压降可以选择为整个电源电压的阻的电压降可以选择为整个电源电压的20%20%。但。但是,如果这个是,如果这个12V12V是电池电压,则是电池电压,则3 3个白光个白光LEDLED串串联可能会在电池电压最低时(如联可
12、能会在电池电压最低时(如10V10V)电流变得)电流变得非常低,如果要考虑这种情况就只能用非常低,如果要考虑这种情况就只能用2 2只白光只白光LEDLED串联,再串联串联,再串联150150电阻。电阻。另一个常见的例子就是用5V电源电压驱动单只白光LED,如应用电脑的USB接口的5V电源电压带动白光LED。可以采用LED与82100电阻串联驱动20mA白光LED。如果仅仅是驱动单只LED,如电池供电的情况,在实际应用中通常不需要串联限流电阻,如LED手电筒等便携式照明装置。2.3电池直接驱动LED用电池直接驱动LED最常见的是用3节干电池或钮扣电池串联直接驱动白光LED。常见于用LED作为“灯
13、泡”的各类手电筒,相对用白炽灯的手电筒来说,其节电效果非常明显。为什么用3节干电池可以直接驱动白光LED?4.5V的电池电压与约3.5V的LED工作电压能够相匹配吗?首先,回想一下3节干电池的手电筒用的灯泡的额定电压是多少?是3.8V不是4.5V。这表明在干电池为手电筒的灯泡供电时,干电池的内阻消耗掉接近1V的电压,对于钮扣电池老说内阻肯定高于1号干电池,因此可以采用3节纽扣电池直接为白光LED供电是可行的。同样,也可以用3节干电池(如2号电池甚至是5号电池)直接驱动多只白光LED,这就是市场上常见的LED手电筒。需要注意的是如果这样的手电筒里用的是内阻很需要注意的是如果这样的手电筒里用的是内
14、阻很低的碱性电池,很可能使低的碱性电池,很可能使LEDLED严重过电流,寿命严重过电流,寿命会大大缩短。会大大缩短。采用镍氢可充电电池则基本不存在用碱性电池的采用镍氢可充电电池则基本不存在用碱性电池的问题,因为镍氢可充电电池的电压问题,因为镍氢可充电电池的电压1.2V1.2V,3 3节为节为3.6V3.6V,非常接近于白光,非常接近于白光LEDLED工作电压。工作电压。同样,采用锂离子电池或磷酸铁锂电池,由于单同样,采用锂离子电池或磷酸铁锂电池,由于单节电池电压与白光节电池电压与白光LEDLED工作电压基本相同,也可工作电压基本相同,也可以直接驱动,不需要串联限流电阻。以直接驱动,不需要串联限
15、流电阻。4.最简单的交流市电驱动LED电路串联电阻方式的串联电阻方式的LEDLED驱动电路出了用于直流供电驱动电路出了用于直流供电外,电路稍作修改也可以适用于交流电供电情况。外,电路稍作修改也可以适用于交流电供电情况。由于由于LEDLED需要直流电供电,在交流电供电时需要需要直流电供电,在交流电供电时需要将交流电变换成直流电,这样就需要整流电路,将交流电变换成直流电,这样就需要整流电路,这是交流电的这是交流电的LEDLED驱动电路与直流供电的驱动电路与直流供电的LEDLED驱驱动电路的最大的不同之处。除了需要整流电路,动电路的最大的不同之处。除了需要整流电路,交流电往往是交流电往往是220V2
16、20V市电供电,如果直接整流后至市电供电,如果直接整流后至少要达到少要达到200V200V平均值电压,这个电压等级远远高平均值电压,这个电压等级远远高于于LEDLED工作的电压等级,这样不仅需要多只工作的电压等级,这样不仅需要多只LEDLED串联,而且还需要大幅度的降压。串联,而且还需要大幅度的降压。在大幅度降压的解决方案中,电路最简单、价格在大幅度降压的解决方案中,电路最简单、价格最低廉的就是利用电容器降压的解决方案。最低廉的就是利用电容器降压的解决方案。2.5 交流市电驱动LED实用电路设计详解2.5.1 交流市电供电条件下需要解决交流市电供电条件下需要解决的问题的问题尽管通过整流电路将交
17、流电转换为直流电,由于尽管通过整流电路将交流电转换为直流电,由于交流电是遵循正弦变化规律变化的,在线性电路交流电是遵循正弦变化规律变化的,在线性电路时交流市电降服在提供的变化的功率,这对于功时交流市电降服在提供的变化的功率,这对于功率变化极其敏感的率变化极其敏感的LEDLED会产生明显的闪烁现象,会产生明显的闪烁现象,由于由于LEDLED的发光不存在热惯性和余晖的问题,故的发光不存在热惯性和余晖的问题,故这种闪烁现象比荧光灯的闪烁还严重!这种闪烁现象比荧光灯的闪烁还严重!为了解决闪烁现象,必须将整流后的脉动直流电为了解决闪烁现象,必须将整流后的脉动直流电平滑成平滑的直流电。这通常需要电容器滤波
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