大功率LED高頻驅動(dòng)電路設計方案

摘 要： 由于白光LED具有低成本、長(cháng)壽命和小體積的特性， 被迅速應用到了照明和背光等領(lǐng)域， 其驅動(dòng)電路也層出不窮， 但大多數驅動(dòng)源都沒(méi)有解決效率不高， LED發(fā)光亮度不一致， 發(fā)熱量大等問(wèn)題。該文提出了一種基于恒流二極管的大功率LED 高頻驅動(dòng)方案， 以帶可控端的2THL系列恒流二極管為驅動(dòng)元件， 通過(guò)在控制端輸入高頻脈沖小信號控制恒流二極管通斷， 從而實(shí)現高頻恒流驅動(dòng)大功率LED這一目的。調節脈沖信號占空比即可實(shí)現LED調光。該文設計的驅動(dòng)電路不僅能夠保證LED 持續、穩定、高效地工作， 在一定程度上減小了LED 芯片發(fā)熱量， 提高了LED 燈具使用壽命， 并且對輸入電源要求不高， 整體可以節能40% 左右。

　　近幾年來(lái)隨著(zhù)白光LED, 特別是大功率白光LED的出現， LED 作為一種新型綠色照明光源具有體積小、機械強度大、功耗低、壽命長(cháng)， 便于調節和控制以及無(wú)污染等特征， 目前被應用到了汽車(chē)燈、交通燈、背光和照明等領(lǐng)域。由于LED具有工作電壓低， 電流隨電壓指數增加等特點(diǎn)， 傳統電源一般都不能直接給LED供電。LED驅動(dòng)器應具有直流控制、高效率、調光、過(guò)壓保護、負載斷開(kāi)、小型及簡(jiǎn)易使用等特點(diǎn)。筆者設計大功率LED 驅動(dòng)電路是基于2THL 系列恒流二極管的恒電流驅動(dòng)方式。通過(guò)引入高頻控制信號縮短單位時(shí)間內的通電時(shí)間以減小LED 芯片發(fā)熱量， 提高LED發(fā)光效率。

　　1 LED工作特性

　　目前市面上的大功率LED單顆功率從1W 到幾百瓦不等， 由于1W 以上大功率LED 大多是以1WLED管芯為基礎封裝成的， 在此主要介紹一下1 WLED的工作特性。

（ a） 1W 白光LED工作特性曲線(xiàn) （ b） LED發(fā)光強度與電流關(guān)系曲線(xiàn) （ c） LED電流與工作溫度關(guān)系曲線(xiàn)

圖1 1W 高亮度LED特性曲線(xiàn)

　　圖1（ a）為1W 高亮度LED 正向壓降（ VF ）和正向電流（ IF ）的關(guān)系曲線(xiàn)。由曲線(xiàn)可知當正向電壓超過(guò)某個(gè)閾值（約2 V ）時(shí)即LED導通后， 在一定電壓范圍內LED的電流是成指數上升的。VF 的微小變化會(huì )引IF 有較大的變化， 從而引起亮度的較大變化。另外LED的PN結是負溫度系數的， 隨著(zhù)溫度升高LED 的勢壘電勢降低。若采用恒壓驅動(dòng)方式就不能保證LED亮度一致性， 同時(shí)還會(huì )影響LED 的可靠性、壽命和光衰。因此目前絕大部分LED驅動(dòng)都采用恒流的方式。

　　從圖1（ b） （ c）可以看出LED 亮度L 與正向電流IF 成正比： L = K I^mF （K 為比例系數）。LED 具有亮度飽合特性， 所以L(fǎng)ED正向驅動(dòng)電流應小于其標稱(chēng)電流。

　　另外， 亮度還與環(huán)境溫度有關(guān)， 環(huán)境溫度升高PN 結復合率ηc 下降， 亮度降低。隨著(zhù)LED 持續點(diǎn)亮PN 溫度會(huì )迅速升高， 導致LED 發(fā)光強度迅速降低產(chǎn)生光衰， 當溫度上升到一定高度后LED的PN 結會(huì )很快燒壞。因此在設計LED驅動(dòng)源時(shí)除了要保證LED 恒流驅動(dòng)外， 還要考慮減小LED發(fā)熱量。