各種白光LED驅(qū)動電路特性比較

①     采用定電流方式可保證白光LED工作在其額定電流的范圍內(nèi)，因此提高了白光LED工作的可靠性。

②     可以獲得預(yù)期的白光LED工作電流的匹配度，使各白光LED的亮度和色度保持一致。

    白光LED在20mA電流下，其正向電壓介于3.0V和4.0V之間，假設(shè)僅簡單地加上固定的正向電壓，那么正向電流的差異可能相當(dāng)大。圖1所示為兩個(gè)生產(chǎn)廠中各選三只共六只白光LED的正向電流與正向電壓特性，如果采用3.4V的電壓驅(qū)動這六只LED，白光LED因生產(chǎn)廠的不同，將會造成10~44mA 的正向電流差異。

圖1  六只白光LED的正向電壓與正向電流特性

    為保證可靠性，驅(qū)動白光LED的電流必須低于白光LED額定值的要求，最大值一般為30mA。但是從圖2可以看出，當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)所允許的額定電流會降低，例如當(dāng)溫度達(dá)到50℃時(shí)電流需限制在20mA以內(nèi)。通過觀察圖1、圖2不難得出這樣的結(jié)論，采用恒壓方式驅(qū)動白光LED的方案可靠性較差。另外，用恒定電流驅(qū)動白光LED還可以保證亮度和色度的一致性。{{分頁}}

圖2  白光LED額定電流隨環(huán)境溫度變化的特性

    圖3所示為常見的白光LED的四種驅(qū)動電路，白光LED的正向電壓V_F的差異會因?yàn)樗捎玫姆€(wěn)壓線路不同而對電流的穩(wěn)定精確度造成不同的影響。圖4顯示了由兩個(gè)生產(chǎn)廠中各選三只共六只白光LED的正向電流與正向電壓特性，穩(wěn)壓器輸出負(fù)載曲線與特性曲線的交叉點(diǎn)就是穩(wěn)壓點(diǎn)。

圖3  白光LED四種常見的電源電路{{分頁}}

圖4  六只白光LED的測試相對穩(wěn)壓精確度

    圖3（a）中的電路顯示如何使用電壓源變換器與限流電阻來控制白光LED的電流，該做法的優(yōu)點(diǎn)是可以選用多種電壓穩(wěn)壓器，同時(shí)只需將穩(wěn)壓器的一端連接到白光LED上；缺點(diǎn)是由于限流電阻所帶來的功率耗損以及白光LED的正向電流沒有被精確控制，因此效率不佳。圖4（a）示出采用該電路驅(qū)動六只白光LED 時(shí)，六只白光LED的電流變化范圍為14.2~18.4mA，生產(chǎn)廠A的產(chǎn)品的平均亮度比B廠大約高2mA。{{分頁}}

    圖3（b）所示電路實(shí)現(xiàn)了對LED電流的控制，其中限流電阻則用來控制各LED間電流的匹配。該電路對于同一生產(chǎn)廠同批次的LED來說匹配精度較高，而對不同生產(chǎn)廠不同批次的LED來說匹配精度較差。圖4（b）示出采用該電路驅(qū)動六只白光LED時(shí)，六只LED電流的變化范圍為15.4~16.9mA，但是 A廠產(chǎn)品間的差異更小，同時(shí)A廠與B廠的平均電流都大約為17.5mA。圖3（b）所示電路的缺點(diǎn)是限流電阻有一定的功率消耗，同時(shí)白光LED的電流也無法實(shí)現(xiàn)高精度的匹配。

    圖3（c）所示電路則獨(dú)立控制每只白光LED的電流而不需使用限流電阻，在這里電流的穩(wěn)定精確度與匹配度由每個(gè)獨(dú)立的電流控制器的精確度所決定。采用 MAX1570變換器可達(dá)到2%的電流精確度以及0.3%的電流匹配度。圖4（c）示出采用該電路驅(qū)動六只白光LED時(shí)，白光LED的電流穩(wěn)定在 17.5mA。取消限流電阻雖然可以節(jié)省電路板空間，但在穩(wěn)壓器與白光LED之間增加了四個(gè)連接點(diǎn)。

    圖3（d）所示則為采用電感升壓式變換器來穩(wěn)定白光LED電流的電路，其中反饋電壓可以將電流檢測電阻的功率損耗降到最低。由于白光LED以串聯(lián)的方式進(jìn)行連接，因此在任何情況下白光LED的電流都能完美地匹配，電流的精確度則由變換器的反饋電壓的精確度決定，不受白光LED正向電壓變化的影響。采用 MAX1848驅(qū)動三只白光LED時(shí)，效率可達(dá)87%。采用MAX1561驅(qū)動六只白光LED時(shí)，效率可達(dá)84%。該電路的優(yōu)點(diǎn)有；在穩(wěn)壓器與白光LED 之間只需兩個(gè)連接點(diǎn)，同時(shí)串聯(lián)連接的白光LED也不受所采用升壓變換器的影響。