白光LED驅(qū)動電路的設(shè)計與實現(xiàn)

摘要 通過對LED電氣特性分析，根據(jù)其工作特點設(shè)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(qū)動電路。通過理論計算和實驗測量，確定了電路的工作頻率，測試結(jié)果表明，該驅(qū)動電路工作電壓范圍寬、恒流輸出，轉(zhuǎn)換效率超過85％。
關(guān)鍵詞 LED；恒流驅(qū)動；開關(guān)電源

隨著LED的迅速發(fā)展?，F(xiàn)在白光LED光源相比的傳統(tǒng)光源具有壽命長、固體照明不易損壞、高光效、無汞環(huán)保、抗震等優(yōu)點，未來將成為第三代光源，將帶來照明領(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(qū)動電源，文中利用PWM開關(guān)控制方式設(shè)計實現(xiàn)了一種白光LED的大功率驅(qū)動電路。

1 LED電氣特性和驅(qū)動要求
1．1 LED的電學(xué)特性
白光LED的I-V特性與普通二極管類似，只是開啟電壓不同，不同材料制備的LED開啟電壓一般在1．5～3．0 V之間。處于正向工作區(qū)時，工作電流IF與外加電壓呈指數(shù)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(shù)；T為熱力學(xué)溫度。LED可長期穩(wěn)定工作時的直流電流，稱為額定工作電流，此時LED壓降稱為額定電壓。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(dāng)實際功耗超過該值時，LED發(fā)光特性變差，嚴重時會使LED產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞。
1．2 LED驅(qū)動要求
由LED的I-V特性可知，當(dāng)加在LED兩端的電壓稍有波動，都會引起電流的劇烈變化，此時很容易使電流過大，輸入功率超過其極限功耗，從而對LED造成不可恢復(fù)的損壞。當(dāng)LED工作電流值不同時，其發(fā)光強度也不同，若采用恒壓驅(qū)動，則LED陣列應(yīng)采用并聯(lián)方式連接，但是由于LED個體之間的參數(shù)誤差，會導(dǎo)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(qū)動電路一般選擇恒流驅(qū)動模式，相應(yīng)的LED陣列亦采用串聯(lián)方式連接，驅(qū)動電流一般設(shè)為LED額定電流的70％～85％，以保護LED，達到延長使用壽命的目的，同時也使每個LED的發(fā)光強度均勻一致。
LED驅(qū)動電路設(shè)計中，需要考慮以下幾個基本指標(biāo)：
(1)提高驅(qū)動電路的轉(zhuǎn)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，具有過流檢測功能。(3)電路盡量精簡，有較小的電路體積和較低的制造成本。

2 PWM方式開關(guān)電路設(shè)計
2．1 PWM原理
PWM即脈沖寬度調(diào)制，利用脈沖控制開關(guān)電路的開關(guān)時間，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開關(guān)穩(wěn)壓或恒流的基
本工作原理是在輸入電壓、系統(tǒng)參數(shù)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被控信號與基準信號的差值進行閉環(huán)反饋，調(diào)節(jié)主電路開關(guān)器件導(dǎo)通的脈沖寬度，使得開關(guān)電源的輸出電壓或電流穩(wěn)定。由于控制器件功耗小，工作在開關(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％。該類電路都有完善的保護措施，屬高可靠性電源。PWM開關(guān)電路由4部分組成，即輸入整流濾波、PWM控制、開關(guān)器件和輸出濾波。根據(jù)PWM方式開關(guān)電路設(shè)計的LED驅(qū)動電路框圖如圖1所示。

常見PWM開關(guān)控制信號產(chǎn)生部分大都實現(xiàn)了集成化，更加精簡PWM開關(guān)電源的設(shè)計，下面介紹利用芯片HV9910B設(shè)計適用于大功率LED的典型PWM方式開關(guān)驅(qū)動電路。