LED的發光原理是在它兩端加上正向電壓,使半導體中的少數載流子和多數載流子發生復合,放出過剩能量,從而引起光子的發射。LED驅動電路的主要功能是將交流電壓轉換為恒流電源,同時按照LED器件的要求完成與LED的電壓和電流的匹配。
LED驅動電路除了要滿足安全要求外,另外的基本功能應有兩個方面:
LED驅動電路除了要滿足安全要求外,另外的基本功能應有兩個方面:
一、盡可能保持恒流特性,尤其在電源電壓發生±15%的變動時,仍應能保持輸出電流在±10%的范圍內變動。
1、避免驅動電流超出最大額定值,影響其可靠性。
2、獲得預期的亮度要求,并保證各個LED亮度、色度的一致性。
二、驅動電路應保持較低的自身功耗,這樣才能使LED的系統效率保持在較高水準。
PWM(脈寬調制)技術是一種傳統的調光方式,它利用簡單的數位脈沖,反覆開關LED驅動器,系統只需要提供寬、窄不同的數位式脈沖,即可簡單地實現改變輸出電流,從而調節LED的亮度。該技術的優點在于能夠提供高品質的白光,以及應用簡單,效率高,但一個致命的缺點是容易產生電磁干擾,有時甚至會產生人耳能聽見的雜訊。
升壓是LED驅動電路的重要任務,而電感升壓和電荷泵升壓是兩種不同的拓撲模式。“由于LED是由電流驅動的,而電感在進行電流轉換時效率最高,因此電感升壓方式最大的優點就是效率高,如果設計得當可以超過90%;不過它的缺點也同樣明顯,就是電磁干擾很強,對手機等通信產品的系統要求就非常高。隨著電荷泵的出現,采用電荷泵的升壓方式其效率將低于電感升壓。
無論在照明應用還是背光應用領域,提高驅動電路的轉換效率都是產品設計者必須面對的問題。提高轉換效率,不僅有利于可攜式產品延長待機時間,同時也是解決LED散熱問題的重要手段。在照明領域,由于使用大功率LED,因此提高轉換效率就顯得尤為重要。
LED在工作時需要有穩流、穩壓的元件,但是此類元件應具備自身承擔的分壓高,但功耗要小的特性,否則將使具有較高效率的LED因為驅動電路的工作功耗太大而使總體系統的效率大為降低,有悖于節能高效的宗旨。所以應盡可能不采用電阻或串聯穩壓電路來作為LED驅動器的限流主電路,而應該采用電容、電感或有源開關電路等高效電路,這樣才能保證LED系統的高效率。采用串聯式集成恒功率輸出電路,可以使LED的光輸出在很寬的電源范圍內保持恒定,但一般的IC電路會因此而使效率有所下降。采用有源開關電路可以保證在較高的轉換效率下實現電源電壓大幅度變化時恒功率輸出。
但是以其獨特的長處,可以在安全特地電壓(游泳池、劃水池內水下燈具、礦燈)條件下高效工作。此外,在直接采用綠色電能(太陽能、風能等),以及應急照明方面也有著其獨特的優勢。尤其在調光方面,LED不僅可實現0~100%的調光,并且可保證在整個調光過程保持較高光效,并且不損害LED的壽命,而氣體放電燈則很難做到這一點。
要求
LED驅動電路除了要滿足安全要求外,另外的基本功能應有兩個方面:
一是盡可能保持恒流特性,尤其在電源電壓發生±15%的變動時,仍應能保持輸出電流在±10%的范圍內變動.主要原因是: 1、避免驅動電流超出最大額定值,影響其可靠性. 2、獲得預期的亮度要求,并保證各個LED亮度、色度的一致性。
二是驅動電路應保持較低的自身功耗,這樣才能使LED的系統效率保持在較高水準。
直流控制
LED是由電流驅動的器件,其亮度與正向電流呈比例關系。有兩種方法可以控制正向電流。
第一種方法是采用LED V-I曲線來確定產生預期正向電流所需要向LED施加的電壓。其實現方法一般采用一個電壓電源和一個鎮流電阻器。如下所述,此方法有 多項不足之處。LED正向電壓的任何變化都會導致LED電流的變化。如果額定正向電壓為3.6V,則圖1中LED的電流為20mA。如果電壓變為 4.0V,這是溫度或制造變化引起的特定壓變,那么正向電流則降低到14mA。正向電壓變化11%會導致更大的正向電流變化,達30%。另外,根據可用的 輸入電壓,鎮流電阻的壓降和功耗會浪費功率和降低電池使用壽命。
第二種方法、也是首選的LED電流調整方法是利用恒流電源來驅動LED。
高效率
便攜式應用中電池使用壽命是至關重要的。LED驅動器如果實用,就必須具備高效性。LED驅動器的效率測量與典型電源的效率測量不同。典型電源效率測量的 定義是輸出功率除以輸入功率。而對于LED驅動器來說,輸出功率并非相關參數。重要的是產生預期LED亮度所需要的輸入功率值。這可以簡單地通過使LED 功率除以輸入功率來確定。請注意:如果這樣定義效率的話,則電流檢測電阻器中的功耗會導致電源功率耗散。通過圖3所示的公式,我們可以看出較小的電流傳感 電壓會產生較高效率的LED驅動器。圖4說明了選用0.25V參考電壓的電源與選用1V參考電壓的電源相比,二者的效率提高情況。較低的電流傳感電壓電源 更為有效,無論輸入電壓或LED電流如何,只要其他條件相同,較低的參考電壓都可以提高效率并延長電池的使用壽命。