照明用LED驱动技术及应用-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

“低碳”生活是目前倡导的一种观念，对于照明来说，LED的应用就是具体体现。LED具有环保、节能、效率高、寿命长、安全可靠的优势，为此，必须了解LED的使用条件、工作原理、驱动方法和典型应用。2 LED工作原理要设计驱动电路，首先要掌握其工作原理。LED的亮度主要与VF、IF有关。LED的伏安特性见图1，其中VF是LED的正向压降、IF是正向电流。当正向电压超过阈值(即导通电压，如图约1.7V)时，可近似认为IF与VF成正比。由图可知，LED的最高IF可达1A，而VF通常为2 V～4V。

图1

LED的VF与IF 的关系 LED的正向压降变化范围比较大(可达1V以上)，而由上图中的VF-IF曲线可知，VF的微小变化会引起IF较大的变化，从而引起亮度的较大变化。所以，通常LED的发光特性都用电流的函数来描述，而不是电压的函数。但一般的整流电路的输出电压随着电网电压的波动也会变化，由此可知，采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的特性。因此，LED驱动通常采用恒流源驱动。3 LED驱动技术由LED的工作原理知道，要使LED保持最佳的亮度状态，需要恒流源来驱动。驱动的任务既要保持恒流特性，还要保持较低的功耗。为了满足以上要求，通常采用的控制电流的方法有：通过调节限流电阻的大小实现控制电流；通过调节限流电阻上的基准电压来调节电流；PWM调制实现电流控制。LED的驱动技术与开关电源中应用的技术十分类似，LED驱动电路是一种电源转换电路，但输出的是恒定电流而非恒定电压。无论在任何情况下，都要输出恒定而平均的电流，纹波电流要控制在一定的范围内。 ⑴　限流法如图2所示，这是传统的电路。电网电压通过降压、整流、滤波后，通过电阻限流使LED稳定工作。这种电路的致命缺点是：电阻R上的功耗直接影响了系统的效率，再加上变压器损耗，系统效率约50%。当电源电压在±10%的范围内变动时，流过LED的电流变化将≥25%，LED上的功率变化超过30%。电阻限流的优点是设计简单、成本低、无电磁干扰；但是电流会随着VF的变化而改变亮度，效率很低，散热难。

图2

限流法二极管改为空心通直线，电容为平行直线，删除‘+’号，符号改为斜体，脚注改为小写正体 ⑵　稳压法图3是在图2的基础上加了一个集成稳压元件MC7809，使输出端的电压基本稳定在9V，限流电阻R可用得很小，不会造成LED的电压不稳。但是，此电路效率还是低。因为MC7809和R1上的压降仍占很大比例，其效率约为40%左右。这就称不上是节能照明产品。为了达到既能使LED稳定工作，又能保持高的效率，应采用低功耗的限流元件和电路来使系统效率提高。线形稳压法的优点是结构简单、外部元件少、效率中等、成本较低。图3

稳压法二极管改为空心通直线，电容为平行直线，删除‘+’号，符号改为斜体，脚注改为小写正体 ⑶　PWM法 PWM脉宽调制，即用脉宽调制的方法，改变LED驱动电流的脉冲占空比来控制光的亮度。是利用简单的数字脉冲，反复开关LED驱动器的调光技术。使用者只需提供宽、窄不同的数字脉冲，即可实现改变输出电流，从而调节白光LED的亮度。此驱动电路的特点是，通过一个电感器将能量传递给负载，通常是用一个PWM控制信号，对MOSFET晶体管触发导通和关断来实现。通过改变PWM的占空比和电感器的充放电时间，对输入电压和输出电压的比率进行调节。这类电路常见的结构包括降压、升压、降压-升压等类型。优点是高效、稳定，但容易产生人耳听得见的噪声，成本高，设计复杂。

图4

PWM法上图的符号改为斜体图4的PWM信号，经过三极管VQ1的基极连接到P沟道MOS管的栅极上。P沟道MOS管的栅极驱动，采用简单的NPN三极管驱动放大电路，以改善MOS管的导通过程，减少驱动电源的功率。当驱动电路直接驱动MOS管时，会引起被驱动MOS管的快速开通和关断，这就可能造成被驱动MOS管漏源极间电压的振荡。一则引起射频干扰，二则有可能造成MOS管遭受过高的电压而击穿损坏。为解决这一问题，需在被驱动MOS管的栅极与驱动电路的输出之间串联一只无感电阻。当PWM波输出高电平时，三极管VQ1导通，从而使MOS管的栅极电压低于源极电压，MOS管的源极和漏极导通，LED点亮。当PWM波输出低电平时，VQ1截止，LED熄灭。4 典型照明LED驱动方案目前全球LED市场主要有日本的日亚化学（Nichia)、丰田合成(ToyodaGosei)、美国Cree公司、欧洲飞利浦(PhilipsLumileds)和欧司朗(Osram)5家掌控。照明LED驱动芯片制造商，国内利用较多的有华润矽威科技和台湾点晶科技的产品，国外利用较多的有安森美和美国国家半导体等芯片。（1）华润矽威的LED驱动芯片华润矽威科技最新推出的PT4207采用SOP8封装，是一款高压降压式LED驱动控制芯片，能适应从18V到450V的输入电压范围，可支持上百个LED的串并联驱动应用，占空比最高可达100%，以保证系统的高效能。内置输入电压补偿功能，极大改善了PT4207在不同输入电压下的LED电流稳定性。PT4207内置一个350mA开关，并配备外部MOS开关驱动端口。对于350mA以下的应用无需外部MOS开关，对于高于350mA的应用可采用外部MOS管扩展电流。LED电流可通过外部电阻设定。通过多功能调光DIM管脚，可使用电阻或DC电压线性调节LED电流，也可使用数字脉冲信号进行PWM调光。PT4207具有多种保护功能，包括负载短路保护、开路保护、过温度保护等。适合AC/DC LED日光灯、RGB背光LED驱动、LED环境装饰灯等各种应用。PT4207的典型应用线路如图5所示。

图5

LED日光灯驱动芯片PT4207典型应用线路二极管改为空心通直线，电阻为长方形，符号改为斜体，脚注改为小写正体（2）安森美LED驱动芯片安森美半导体NCL30000是一款极佳的产品，成本低，性能佳。这器件集成了PFC、DC-DC转换和LED驱动器，简单易用，其小型SOIC封装也有利于小巧设计和低成本。NCL30000采用紧凑型的8引脚表面贴装封装，使用临界导电模式反激架构，以单段式拓扑结构，在宽AC输入电压范围内提供大于0.95的高功率因数。典型应用包括LED驱动器电源、LED嵌灯、三端双向可控硅开关组件(TRIAC)可调光LED灯及功率因数校正恒压电源。其典型应用原理图如图6所示。

图6

NCL30000 典型应用原理图二极管改为空心通直线，电阻为长方形，符号改为斜体，脚注改为小写正体（3）美国国家半导体LED驱动芯片恒流降压型，Vin范围：LM3405 3V -15V/LM3405A 3V-22V；基准电流源：200mV；工作频率：0.550/1.6MHZ；PWM调光。典型应用为：家用照明、路灯、广告装饰等。LM3405典型应用原理图见图7。

图7

LM3405典型应用原理图二极管改为空心通直线，电阻为长方形，符号改为斜体，脚注改为小写正体（4）台湾点晶科技LED驱动芯片 DM413是全彩驱动芯片，内置灰度产生器，采用PWM脉宽调制方式。专为LED 照明、装饰、大屏显示等应用而设计。最大恒流输出：100mA；最大输出承受电压: 17V；最大串行时钟频率:20MHz；芯片工作电压：3.3V--5.5V。DM413具有若干信号输入输出引脚及多个功能设定引脚。信号通过输入接口给DM413相应的输入引脚。3个输出引脚用于连接LED，可分配给R，G，B三个颜色，同一个输出引脚接相同颜色的LED，根据配色需要，每个输出引脚可接一个或多个LED。控制器输出接口具有三条信号线：一条串行数据输出线，一条时钟信号输出线及一条锁存信号线。这三条线分别接到驱动芯片相应的3个引脚上。和一般的串行移位机制相同，在时钟信号的控制下，串行数据在驱动芯片内部移位寄存。当数据发送接收完毕，控制器向驱动芯片发送锁存信号，使LED驱动芯片锁存已存储的数据，同时会根据所存储的数据驱动LED发光。该方式控制LED以人眼分辨不出的高频率快速亮灭，根据芯片所存储的数据设定亮和灭所占的比例，即实现灰度级别的控制。DM413的典型应用原理图见图8。图8

DM413典型应用原理图二极管改为空心通直线，电阻为长方形，符号改为斜体，脚注改为小写正体５结语综上所述可以看出，LED在工作时需要有稳流、稳压的元件，但是此类元件应具备自身承担的分压高但功耗要小的特性。所以，应尽可能采用电容、电感或有源开关电路等高效电路，这样才能保证LED系统的高效率。采用串联式集成恒功率输出电路，可以使LED的光输出在很宽的电源范围内保持恒定，但一般的IC电路会因此而使效率有所下降。采用有源开关电路，可以保证在较高的转换效率下，实现电源电压大幅度变化时恒功率输出。LED现今绝大多数芯片都可以从0～100%的调制光度，并且可保证在整个调光过程保持较高光效，并且不损害LED的寿命。目前，针对光度控制方面，主要的两种解决方案为线性调节LED的电流(模拟调光)或在肉眼无法察觉的高频下，让驱动电流从0到目标电流值之间来回切换(数字调光)。利用脉冲宽度调变(PWM)来设定循环和工作周期可能是实现数字调光的最简单的方法。

关键字：LED LED照明照明编辑：探路者引用地址：照明用LED驱动技术及应用

上一篇：LED创新难度不断加大
下一篇：LED发光字光源选择

推荐阅读最新更新时间：2023-10-18 15:10

12/24V 恒流升压LED驱动电源解决方案

产品特点： 1、性能高度稳定可靠，产品在模拟恶劣环境下长时间老化，没有出现任何负面影响； 2、产品品种规格齐全，可普遍适用于太阳能照明用LED灯具； 3、具有短路、电流温度补偿功能，可在-20～+60℃下工作； 4、设计采用稳定PWM控制芯片技术，减少光衰； 5、低发热，稳定可靠，产品使用优质元器件确保电源寿命更长，更安全可靠；产品概述

[电源管理]

12/24V 恒流升压<font color='red'>LED</font>驱动电源解决方案

Mini&Micro-LED TechDays，让您一睹显示产业的创新之势

Mini&Micro-LED TechDays 集合世界各地致力于研究 Mini&Micro-LED 技术的 LCD、LED 和半导体的企业家、研发和市场战略专业人士，提供最新技术和产品展示、技术分享、市场趋势分享和产业互动的最大规模的技术盛会。有数千位核心管理者、技术人员、合作伙伴、科研院校、行业权威、专业人士出席，超 50 家企业最新的产品和技术展示，近十个领袖峰会、技术讲座、研讨和活动，在这里您可以了解现有最新技术的相关信息和趋势，帮助您评估正在考虑采用的技术，以及分享和探讨最新的应用和成功案例经验。 Mini&Micro-LED TechDays 由舜联智库主办，将于2020年7月31日- 8月2日在第二届国际

[电源管理]

Mini&Micro-<font color='red'>LED</font> TechDays，让您一睹显示产业的创新之势

新型AC LED变换器拓扑电路设计

传统的LED 灯恒流控制是通过AC/DC，再通过DC/DC变换器进行恒流控制，在AC/DC 变换器中，通常在整流电路后面用滤波电容使输出的电压平滑，但是大电容的存在造成交流端的输入电流波形变成尖脉冲，而不再是正弦函数(降低功率因数)。基于以上LED 控制存在的缺陷，本文采用ACLED 变换器控制。DC LED 变换器中由于输入功率为脉动的，输出功率为恒定的，需要中间储能电容来平衡两者的差值，因此，储能电容一般值较大，并采用电解电容，但数值高的电解电容寿命远小于LED 的寿命，导致整体变换器的寿命降低。如果采用AC LED，输入和输出功率都是脉动的，则需要的储能电容值较小，会提高整体变换器的寿命。现有AC LED 灯电路结构有串联

[电源管理]

新型AC <font color='red'>LED</font>变换器拓扑电路设计

基于AT89C2051的四字LED显示屏的设计

0 引言 LED显示屏是简单的汉字显示器，其具有耗电少、成本低、易获得、寿命长和显示的灵活性等特点，近年来迅速成为最受欢迎的宣传手段之一。在学校、公路、广场、商店等都能看到其身影，相对于传单、海报等一些传统的宣传手法其优势比较突出。本文将详细地介绍一种LED显示屏的制作。 1 硬件电路本设计是以PC机作为上位机，编辑显示汉字，通过串口通信输送到89C2051上储存并显示。硬件电路的设计主要是以单片机与16块8× 8LED点阵显示屏构成。鉴于89C2051引脚数量的限制，本系统采用74HC595作串入并出，同时显示列，行扫描则由两片74LS138作译码扫描(如图1)。 1．1 LED显示屏电路如图2所示的

[单片机]

基于AT89C2051的四字<font color='red'>LED</font>显示屏的设计

高亮度LED在汽车照明应用中的若干关键问题

图1：与白炽灯不同，LED发出光具有方向性。　　控制LED的方法　　1. 电流控制　　LED的一个基本问题是，LED是由电流控制的器件，其电压降相对较低。最简单的方法是使用电阻限制LED的电流，但该方法并不适合采用额定电压为12V或24V 电池的系统，因为电池的实际电压是从6V至18V或12V至36V。因此，如果需要保持亮度，就必须进行恒流控制。　　2. 电流的线性控制　　线性控制指通过　　辐射热、传导热与热管理　　使用高亮度LED的用户(特别是汽车制造业)要面临的关键问题与最大挑战之一，是LED的自热问题。LED的每瓦流明已取得了

[模拟电子]

基于Atmega16的室内照明系统设计

1 系统结构和工作原理 1. 1 系统结构室内照明控制系统的设计主要采用Atmega16 单片机作为MCU 控制器，与LED 显示技术、光感技术、按键采集与处理技术、红外线传感技术、延时技术等技术相结合，然后实现室内照明设备的智能控制，其系统结构如图1 所示。图1 室内照明控制方案图 1. 2 工作原理（1）单片机通过继电器对室内照明设备的开关进行控制。（2）照明设备周围的光照检测电路对设备周边亮度进行检测，信号通过环境亮度传感模块到达单片机，如果亮度能够满足生活需要，单片机则通过继电器保持照明设备的关闭状态，如果亮度不够，则由单片机继续检测是否采集到人体热释电感信号。（3）如果被动式热释电红外传感器检测到人体

[单片机]

基于Atmega16的室内<font color='red'>照明</font>系统设计

防止驱动电源“掉链子”——LED照明测试技术分析

LED照明具有节能、环保、长寿命、易控制、免维护等特点。然而颇具讽刺意味的是，我们常常听闻由于LED驱动电源本身的寿命直接拖累LED照明灯具变得并不长寿，极大地增加了维护/使用成本；或者驱动电源的效率不高导致LED照明灯具的能效转换比并不是想象中那么高，或者由于输出电流纹波没有得到很好的控制影响了发光品质，使得LED照明的绿色节能优势大打折扣，甚至影响了市场普及。因此， LED产业链的完善和成熟，驱动电源也是其中重要的一环。但现状是LED驱动电源的设计和品质局限却日益成为LED产业发展的后腿，因此电源模块厂商、灯具制造商都越来越重视采用先进的测试测量技术和方案。 LED驱动电源的可靠性和能效是测试

[测试测量]

防止驱动电源“掉链子”——<font color='red'>LED照明</font>测试技术分析

LED发光效率不断提升有望刺激更大需求

研究机构LEDinside针对LED产业调查表示，厂商普遍认为，今年底前的市售LED组件发光效率，每瓦可以达到150流明的水准，随着发光效率提升，未来LED背光终端消费性产品的实际售价可望降低，提高产品普及率，并能够激励LED的需求。　　对于应用在LED灯具、LED灯泡领域而言，如果LED组件提供150lm/W的发光效率，显示成品LED灯具、LED灯泡的发光效率可达到90lm/W到120lm/W不等，因此各厂商的实际应用技术实力更显重要。LEDinside表示，未来消费者购买到的成品灯具，可望摆脱2008年、2009年LED灯具实际发光效率低于市售节能灯(CFL)产品的问题。　　 LEDinside表示，从

[电源管理]

热门资源推荐
热门放大器推荐

小广播

热门活动

换一批

■TI 有奖直播 | 使用基于 Arm 的 AM6xA 处理器设计智能化楼宇

■Follow me第二季第3期来啦！与得捷一起解锁高性能开发板【EK-RA6M5】超能力！

■报名直播赢【双肩包、京东卡、水杯】| 高可靠性IGBT的新选择——安世半导体650V IGBT

■30套RV1106 Linux开发板（带摄像头），邀您动手挑战边缘AI~

Vishay线上图书馆

白皮书技术文章视频热门推荐