白光LED驅動(dòng)電路的設計與實(shí)現

摘要 通過(guò)對LED電氣特性分析，根據其工作特點(diǎn)設計了一種以HV9910B為核心的市電供電PWM工作模式高效白光LED驅動(dòng)電路。通過(guò)理論計算和實(shí)驗測量，確定了電路的工作頻率，測試結果表明，該驅動(dòng)電路工作電壓范圍寬、恒流輸出，轉換效率超過(guò)85％。
關(guān)鍵詞 LED；恒流驅動(dòng)；開(kāi)關(guān)電源

隨著(zhù)LED的迅速發(fā)展?，F在白光LED光源相比的傳統光源具有壽命長(cháng)、固體照明不易損壞、高光效、無(wú)汞環(huán)保、抗震等優(yōu)點(diǎn)，未來(lái)將成為第三代光源，將帶來(lái)照明領(lǐng)域的又一次革命。將LED使用到照明領(lǐng)域，需要適合LED的驅動(dòng)電源，文中利用PWM開(kāi)關(guān)控制方式設計實(shí)現了一種白光LED的大功率驅動(dòng)電路。

1 LED電氣特性和驅動(dòng)要求
1．1 LED的電學(xué)特性
白光LED的I-V特性與普通二極管類(lèi)似，只是開(kāi)啟電壓不同，不同材料制備的LED開(kāi)啟電壓一般在1．5～3．0 V之間。處于正向工作區時(shí)，工作電流IF與外加電壓呈指數關(guān)系

式中，Is為反向飽和電流；VF為二極管兩端的外加電壓；q為電子電荷；k為波爾茲曼常數；T為熱力學(xué)溫度。LED可長(cháng)期穩定工作時(shí)的直流電流，稱(chēng)為額定工作電流，此時(shí)LED壓降稱(chēng)為額定電壓。1 W的白光LED，其額定工作電流350 mA，額定電壓3．3 V。允許加在LED兩端正向電壓與流經(jīng)LED電流之積的最大值為其極限功耗，當實(shí)際功耗超過(guò)該值時(shí)，LED發(fā)光特性變差，嚴重時(shí)會(huì )使LED產(chǎn)生結構破壞。
1．2 LED驅動(dòng)要求
由LED的I-V特性可知，當加在LED兩端的電壓稍有波動(dòng)，都會(huì )引起電流的劇烈變化，此時(shí)很容易使電流過(guò)大，輸入功率超過(guò)其極限功耗，從而對LED造成不可恢復的損壞。當LED工作電流值不同時(shí)，其發(fā)光強度也不同，若采用恒壓驅動(dòng)，則LED陣列應采用并聯(lián)方式連接，但是由于LED個(gè)體之間的參數誤差，會(huì )導致各支路的電流不同，致使陣列發(fā)光強度不均勻，因此LED的驅動(dòng)電路一般選擇恒流驅動(dòng)模式，相應的LED陣列亦采用串聯(lián)方式連接，驅動(dòng)電流一般設為L(cháng)ED額定電流的70％～85％，以保護LED，達到延長(cháng)使用壽命的目的，同時(shí)也使每個(gè)LED的發(fā)光強度均勻一致。
LED驅動(dòng)電路設計中，需要考慮以下幾個(gè)基本指標：
(1)提高驅動(dòng)電路的轉換效率，減小電路中的功耗。(2)提高電路的可靠性，能夠耐高壓，具有過(guò)流檢測功能。(3)電路盡量精簡(jiǎn)，有較小的電路體積和較低的制造成本。

2 PWM方式開(kāi)關(guān)電路設計
2．1 PWM原理
PWM即脈沖寬度調制，利用脈沖控制開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)時(shí)間，可以控制電路輸出的平均電壓或電流從而達到控制電路的輸出功率。PWM開(kāi)關(guān)穩壓或恒流的基
本工作原理是在輸入電壓、系統參數及外接負載發(fā)生變化的情況下，在固定工作頻率下控制電路通過(guò)被控信號與基準信號的差值進(jìn)行閉環(huán)反饋，調節主電路開(kāi)關(guān)器件導通的脈沖寬度，使得開(kāi)關(guān)電源的輸出電壓或電流穩定。由于控制器件功耗小，工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)中的電路效率高，所以電源效率一般可以做到80％～90％。該類(lèi)電路都有完善的保護措施，屬高可靠性電源。PWM開(kāi)關(guān)電路由4部分組成，即輸入整流濾波、PWM控制、開(kāi)關(guān)器件和輸出濾波。根據PWM方式開(kāi)關(guān)電路設計的LED驅動(dòng)電路框圖如圖1所示。

常見(jiàn)PWM開(kāi)關(guān)控制信號產(chǎn)生部分大都實(shí)現了集成化，更加精簡(jiǎn)PWM開(kāi)關(guān)電源的設計，下面介紹利用芯片HV9910B設計適用于大功率LED的典型PWM方式開(kāi)關(guān)驅動(dòng)電路。