電子知識大全：LED應(yīng)用的電源要求

　　LED技術(shù)的最新突破使得人們能夠生產(chǎn)出可以輸出寬譜光的LED，而不再僅僅是傳統(tǒng)的紅光和綠光的衍生物。因此用在產(chǎn)品中（照明和其他方面）的LED的絕對數(shù)量正呈指數(shù)型增加。

　　從手電筒到汽車頭燈，再到LCD電視顯示器的背光照明，LED的應(yīng)用正在不斷拓展到新的領(lǐng)域。總之，LED應(yīng)用迅猛增長背后最主要的驅(qū)動力是LED技術(shù)帶來的效率提升（即每瓦耗能可以提供更高流明的照明輸出）。

　　電源要求

　　與以前的白熾燈相比，LED有不同的電源要求。此外，根據(jù)功率等級和總體系統(tǒng)要求的不同，驅(qū)動LED的最好解決方案也不同。

　　在傳統(tǒng)的照明解決方案中（如白熾燈照明），負載呈阻性。功耗以及相應(yīng)的燈的亮度是加到燈上的電壓以及燈的電阻的函數(shù)（根據(jù)歐姆定律）。

　　光強會隨著輸入電壓的變化增強或減弱。以汽車頭燈為例，當(dāng)引擎啟動時，電池的電壓較低，因此頭燈會變暗；一旦引擎開始運轉(zhuǎn)，電池的電壓會恢復(fù)，頭燈也隨之恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)亮度。

　　LED的與傳統(tǒng)白熾燈有著根本的不同。LED的亮度是通過調(diào)節(jié)LED電流來控制的，而LED負載的電阻則會隨著所加負載的不同而變化。LED需要恒定的電流，而不是通過恒定電壓和電阻來保持恒定的亮度。根據(jù)LED的功率等級的不同，實現(xiàn)上述效果的方法也不同。

　　對于功率非常低的LED，圖1所示的一種非常簡單的電路基本就夠用了。與R相比，LED的有效電阻非常小，因此流過LED的電流由V/R確定。它的缺點如下：

圖1 電阻受限LED的簡易電源解決方案

　　● 亮度是電壓的函數(shù)。V的變化實質(zhì)上會改變電流，進而改變LED的亮度。回到最初的汽車頭燈的例子——在引擎剛開始啟動時光依然會很弱。

　　● 這種解決方案無法利用LED的效率優(yōu)勢。因為與LED的電阻相比，R非常大，大部分功率都消耗在R上。

　　大功率LED

　　對于大功率LED，為了將LED的效率優(yōu)勢最大限度地發(fā)揮出來，需要一種電流受控的解決方案。圖2給出了這種解決方案的一個實例。

圖2 電流受控的LED供電解決方案

　　V·I芯片PRM整流器和VTM電壓變換器用來提供穩(wěn)定的電壓。為了使用PRM和VTM給LED供電，需要修改PRM的工作方式以提供穩(wěn)定的電流。這是通過采用電流放大器和補償器來實現(xiàn)的。

　　與常規(guī)方法相比，使用PRM和VTM來提供恒定電流具有幾項優(yōu)勢。在系統(tǒng)中采用VTM可實現(xiàn)負載點的電流倍增。根據(jù)下面的公式，VTM的輸出電流正比于它的輸入電流，比值是固定的匝數(shù)比K，IOUT = IIN/K。

　　因此，在電流受控的應(yīng)用中，可以通過檢測和控制VTM的輸入電流來控制它的輸出電流。檢測較低的電流需要較小的傳感器，后者會消耗較少的功率并改善整體效率。同樣，高效率和高功率密度使得整個LED系統(tǒng)體積小、溫度低，并將每瓦耗能所輸出的流明數(shù)達到最高。

　　一項重要的附加優(yōu)勢是，流過LED的電流（IOUT）不是輸入電壓的函數(shù)。因此，在我們的汽車頭燈的例子中，只要流過LED的電流保持恒定，不管電池電壓是多少，LED的亮度都將保持恒定。這是因為PRM是一個可以隨著V而改變的可變負電阻，從而提供了一種保持電流恒定的方法。

　　更為重要的是，PRM的電阻是有效電阻，而不是真實電阻，這意味著功率損耗非常小，而且不是有效電阻值的函數(shù)。因此，大部分功率都消耗在LED上，使得這個解決方案同它所使用的LED一樣有效且高效。

　　這個解決方案的一些缺點包括其復(fù)雜度明顯比圖1所示的解決方案要高，因此它的正確實施需要更多的關(guān)注和控制。復(fù)雜度的增加也帶來了成本的提高，因此這個解決方案更加適用于大功率LED，在大功率LED中節(jié)省的功率（以及LED運行中的電能成本）能夠更容易地彌補掉增加的成本和復(fù)雜度。

　　最后，對于LED不同的電源要求，有從簡單到復(fù)雜的不同的解決方案可供使用。圖1所示的電阻型限流器簡單、成本低，但對大功率LED而言它效率低，不適用。

　　圖2所示的可調(diào)節(jié)的電流源可以使效率和尺寸達到最佳，但它們需要更高的成本，并增加了復(fù)雜度。可調(diào)節(jié)的電流源提供了附加優(yōu)勢，如不受輸入電壓波動影響，對總體系統(tǒng)目標(biāo)而言這些附加優(yōu)勢可能重要，也可能不重要。LED電源的設(shè)計人員應(yīng)該注意到可用于給LED供電的不同方案以及整個系統(tǒng)的目標(biāo)。