LED驅動(dòng)電源設計方案攻略

　　圖1 LED降頻曲線(xiàn)

　利用無(wú)溫度依賴(lài)性的電源運行LED存在弊端：在高溫區域內，LED則超出規格范圍運行。此外，當處于低溫區域時(shí)，照明源就由明顯低于最大容許電流（參見(jiàn)圖1紅色曲線(xiàn)）的電流供電。如圖1的綠色曲線(xiàn)所示，通過(guò)LED驅動(dòng)電路中的正溫度系數熱敏電阻（簡(jiǎn)稱(chēng)PTC熱敏電阻）來(lái)控制LED電流是一個(gè)重大改進(jìn)。這至少可以帶來(lái)下列好處：

　　*在室溫下增加正向電流，從而增加光輸出

　　*因為可以減少LED使用量，所以可以使用價(jià)格較低的驅動(dòng)集成電路（簡(jiǎn)稱(chēng)IC）乃至一個(gè)不帶溫度管理的驅動(dòng)電路來(lái)節約成本

　　*實(shí)現無(wú)需IC控制的驅動(dòng)電路設計，此電路亦可使LED電流隨溫度改變

　　*能夠使用較便宜減額值較高安全裕量較小的LED

　　*過(guò)熱保護功能提高了可靠性

　　*帶散熱片的熱機械設計更為簡(jiǎn)單

　　大多數LED用驅動(dòng)電路形式具有一個(gè)共同點(diǎn)：即流經(jīng)LED的正向電流是通過(guò)固定電阻進(jìn)行設置（參見(jiàn)圖2）。一般說(shuō)來(lái)，流經(jīng)LED ILED的電流取決于Rout，即ILED ~ 1/Rout。由于Rout不隨溫度而變，因此LED電流也不受溫度影響。

　　將固定電阻換成隨溫度變化的電路，即可實(shí)現對LED電流的溫度管理。下列圖表闡明了如何使用PTC熱敏電阻來(lái)改善標準電路。

　　示例1：有反饋回路的恒流源

　　圖2中電路1為常用的驅動(dòng)電路。其恒流源包括一條反饋回路。當調節電阻兩端的反饋電壓達到因IC而異的VFB時(shí)，LED電流就不變了。LED電流因而被穩定在ILED=VFB/Rout。

　　圖2 LED的傳統驅動(dòng)方式

　　圖3所示為上一電路改良型：此電路借由PTC熱敏電阻，生成隨溫度變化的LED電流。通過(guò)正確選擇PTC熱敏電阻、Rseries以及 RparallEL，此電路與專(zhuān)用驅動(dòng)IC和LED組合相匹配。其中，LED電流可經(jīng)由下列方程式計算得出：

　　圖3所示電路闡明了LED電流（參見(jiàn)圖3）的溫度依賴(lài)性。與針對最高運行溫度為60度的恒流源相比較，使用PTC熱敏電阻后LED電流可在0度和40度之間提升達40%，并且LED亮度也能提高同等百分比。

　　圖3 采用PTC熱敏電阻的溫度監測和電流降頻

示例2：調節電阻與LED無(wú)串聯(lián)的恒流源

　　圖2所示電路2為另一常見(jiàn)的恒流源電路：電流通過(guò)連接驅動(dòng)IC的電阻得以確定。然而在這種情況下，調節電阻并未與LED串聯(lián)。Rset和 ILED之間的比率由IC規格明確。因此，運用20KΩ的串聯(lián)電阻和TLE4241G型驅動(dòng)IC，最終產(chǎn)生的LED電流為30mA。圖4所示為標準電路改良型，其中也含有一個(gè)PTC熱敏電阻，盡管此處采用WHPTC熱敏電阻。在感測溫度，元件電阻可達4.7KΩ，且容許誤差值為±5℃（標準系列） 或±3℃（容許誤差值精確系列）。

　　圖4所示為隨外界溫度而變化的LED電流。固定電阻Rseries容許誤差范圍小，在低溫時(shí)支配總電阻。只有在低于PTC熱敏電阻的感測溫度大約15 K時(shí)，由于PTC熱敏電阻的阻值開(kāi)始增加，電流才會(huì )開(kāi)始下降。在感測溫度（總電阻=Rseries+RPTC=19.5KΩ+4.7KΩ=24.2KΩ） 時(shí)的電流大約為23mA。PTC電阻在溫度更高時(shí)急劇上升，迅速引發(fā)斷路，從而避免因溫度過(guò)高出現故障。

　　圖4 無(wú)分流測量之溫度記錄

　　示例3：無(wú)IC簡(jiǎn)單驅動(dòng)電路

　　如圖2所示電路3，LED也可在無(wú)驅動(dòng)IC的情況下工作。圖示電路是通過(guò)車(chē)用電池驅動(dòng)單一200mA LED。穩壓器生成5 V的穩定電源電壓Vstab，以避免電源電壓出現波動(dòng)。LED在Vstab處運作，電流則通過(guò)與LED串聯(lián)的電阻元件Rout決定。在這類(lèi)電路中，通過(guò)下一則等式可算出獨立于溫度的正向電流，在此等式中，VDiode是一個(gè)LED的正向電壓：

　　另一做法是將WHPTC的徑向引線(xiàn)式PTC熱敏電阻以及兩個(gè)固定電阻相組合后，替代上述固定電阻，如圖所示。

　　由于LED電流的絕大部分流經(jīng)PTC熱敏電阻本身，因此需要選擇一個(gè)較大的徑向引線(xiàn)式元件。PTC將因為流經(jīng)電阻本身的電流而導致發(fā)熱，因此會(huì )一直減少電流，無(wú)論環(huán)境溫度為何（如圖5所示）。并聯(lián)兩個(gè)或更多片式PTC熱敏電阻會(huì )將電流分流，但此方案仍存在局限性。

圖5 無(wú)需IC的溫度補償驅動(dòng)電路

電流值主要是通過(guò)適當選擇兩個(gè)固定電阻來(lái)設置的。這兩個(gè)電阻也在改進(jìn)電路方面也起到重要作用，因為它們將產(chǎn)生的LED正向電流的允差保持在較低水平。這在正常工作溫度范圍內尤其重要，因為此時(shí)PTC熱敏電阻本身的阻值允差仍較高。第二個(gè)并聯(lián)固定電阻也能確保PTC不會(huì )在極端高溫情況下徹底關(guān)閉 LED，因此，電流不會(huì )降至低于下列等式計算的所得值：

　　這項性能在例如汽車(chē)電子這樣的應用中極其重要，因為安全要求不允許照明燈徹底關(guān)閉。

　　背景資料：LED的溫度依賴(lài)性

　　像所有半導體一樣，LED的最高容許結點(diǎn)溫度不能超過(guò)，以免導致過(guò)早老化或者完全失效。如果結點(diǎn)溫度要保持在臨界值以下，那么外界溫度升高時(shí)，最高容許正向電流則必須下降。不過(guò)，如果運用散熱器，在特定的外界溫度時(shí)正向電流可以增加。LED的光輸出隨著(zhù)芯片結點(diǎn)溫度的升高而下降。上述情況主要發(fā)生在紅色和黃色LED，白色LED則與溫度關(guān)系較小。光照效率和正向電流保持同步增長(cháng)，不過(guò)，安裝在結層和環(huán)境之間的LED所具備的高熱阻率可以降低乃至逆轉這種作用，這是因為隨著(zhù)結點(diǎn)溫度的上升，發(fā)射光會(huì )降低。

　　此外，當結點(diǎn)溫度上升且LED正向電壓與溫度保持同步增長(cháng)時(shí)，發(fā)射光的主波長(cháng)會(huì )以+0.1 nm / K的典型速率增長(cháng)。各種白光LED驅動(dòng)電路特性評比 1996年，日亞化學(xué)的中村氏發(fā)現藍光LED之后，白光LED就被視為照明光源最具發(fā)展潛力的組件，因此，有關(guān)白光LED性能的改善與商品化應用，立即成為各國研究的焦點(diǎn)。目前，白光LED已經(jīng)分別應用于公共場(chǎng)所的步道燈、汽車(chē)照明、交通號志、可攜式電子產(chǎn)品、液晶顯示器等領(lǐng)域。由于白光LED還具備豐富的