大功率LED高頻驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案

摘 要： 由于白光LED具有低成本、長(zhǎng)壽命和小體積的特性， 被迅速應(yīng)用到了照明和背光等領(lǐng)域， 其驅(qū)動(dòng)電路也層出不窮， 但大多數(shù)驅(qū)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(qū)動(dòng)方案， 以帶可控端的2THL系列恒流二極管為驅(qū)動(dòng)元件， 通過(guò)在控制端輸入高頻脈沖小信號(hào)控制恒流二極管通斷， 從而實(shí)現(xiàn)高頻恒流驅(qū)動(dòng)大功率LED這一目的。調(diào)節(jié)脈沖信號(hào)占空比即可實(shí)現(xiàn)LED調(diào)光。該文設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路不僅能夠保證LED 持續(xù)、穩(wěn)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(duì)輸入電源要求不高， 整體可以節(jié)能40% 左右。

　　近幾年來(lái)隨著白光LED, 特別是大功率白光LED的出現(xiàn)， LED 作為一種新型綠色照明光源具有體積小、機(jī)械強(qiáng)度大、功耗低、壽命長(zhǎng)， 便于調(diào)節(jié)和控制以及無(wú)污染等特征， 目前被應(yīng)用到了汽車燈、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(shù)增加等特點(diǎn)， 傳統(tǒng)電源一般都不能直接給LED供電。LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)具有直流控制、高效率、調(diào)光、過(guò)壓保護(hù)、負(fù)載斷開、小型及簡(jiǎn)易使用等特點(diǎn)。筆者設(shè)計(jì)大功率LED 驅(qū)動(dòng)電路是基于2THL 系列恒流二極管的恒電流驅(qū)動(dòng)方式。通過(guò)引入高頻控制信號(hào)縮短單位時(shí)間內(nèi)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(chǔ)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 （ b） LED發(fā)光強(qiáng)度與電流關(guān)系曲線 （ c） LED電流與工作溫度關(guān)系曲線

圖1 1W 高亮度LED特性曲線

　　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。由曲線可知當(dāng)正向電壓超過(guò)某個(gè)閾值（約2 V ）時(shí)即LED導(dǎo)通后， 在一定電壓范圍內(nèi)LED的電流是成指數(shù)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(jié)是負(fù)溫度系數(shù)的， 隨著溫度升高LED 的勢(shì)壘電勢(shì)降低。若采用恒壓驅(qū)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(qū)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(shù)）。LED 具有亮度飽合特性， 所以LED正向驅(qū)動(dòng)電流應(yīng)小于其標(biāo)稱電流。

　　另外， 亮度還與環(huán)境溫度有關(guān)， 環(huán)境溫度升高PN 結(jié)復(fù)合率ηc 下降， 亮度降低。隨著LED 持續(xù)點(diǎn)亮PN 溫度會(huì)迅速升高， 導(dǎo)致LED 發(fā)光強(qiáng)度迅速降低產(chǎn)生光衰， 當(dāng)溫度上升到一定高度后LED的PN 結(jié)會(huì)很快燒壞。因此在設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)源時(shí)除了要保證LED 恒流驅(qū)動(dòng)外， 還要考慮減小LED發(fā)熱量。