白光LED驱动分析与应用

引言

白光LED照明方式以高效、低功耗、节能环保等特性，已经广泛获得大家的认可。从本质上来说，LED就是可发光的二极管，它的发光强度与通过它的正向电流成正比，且存在导通电压，当电流大小为20 mA时，正向压降一般为3～3.5 V。很多时候，单个LED发光强度并不能满足实际应用的需求，还必须将多个LED串联或并联使用，这就需要大的电压或电流来驱动，而不同的制作工艺，甚至不同批次，LED都存在着性能不匹配的问题，这也为合理设计驱动带来难题。所以，虽然原始的电源有很多种类，但都不能直接给LED供电。这就要求根据不同的需要采取升压或者降压，以及恒流或恒压的驱动方式进行驱动。

1 常见LED驱动器工作原理

1.1 线性稳压驱动器

最早成套出现的线性稳压驱动器出现于20世纪70年代，那时是以NPN管作为稳压器件的，如图1所示。这种稳压器件在输入电压与输出电压之间要求2Vbe的电压，当输入电压低于2Vbe时，NPN管进入饱和，稳压器将失去稳压能力。为了减少压差，出现了组合型的稳压器，如图2所示，即用PNP管驱动NPN管的基极，但压差也接近1Vbe。20世纪80年代中期，市场上出现了低压差线性稳压器，如图3所示。与NPN稳压器不同，PNP稳压器压差不是Vbe的函数，而是PNP管Vce的函数，这个电压值要低得多，随着制造工艺的成熟，PNP稳压器压差已经小于500 mV。

现在线性稳压驱动器已发展成图4所示结构。

线性稳压驱动器是指在线性区或饱和区工作的晶体管、场效应管从输入电压中分去多余的电压，产生可调节、稳定且精确的直流电压，通常由稳压器件、误差放大器、反馈电路以及基准电压组成。稳压器件通常是一个MOS管，相当于一个压控电阻，由栅极电压控制电阻大小。输出电压Vout是由稳压器件与负载分压得到的Vout=Vin-Vp，若输入电压Vin或负载发生变化，控制端电压Vc也随着变化，控制MOS管阻值，达到调整MOS管分压Vp大小的目的，使Vout保证稳定。线性稳压驱动器也可通过将采样电阻与负载进行串联，反馈电压Vo=Iout×R1，保持R1大小不变，则反馈电压可反映输出电流大小的变化，进而改成线性稳流驱动器，其具体工作原理与线性稳压驱动器基本一致。

线性稳压器的效率是比较低的。由原理可知，该驱动器的输出电压是由输入电压减去MOS管分压Vp而得到的，而这部分电压完全是转变为热能消耗掉，所以为了提高驱动器效率，一般要求Vp越低越好。将输入/输出电压差较低的线性稳压驱动器称为低压差线性稳压器，简称LDO。