有哪些常用的恒流驱动LED的方法?请作简单介绍。
用电子技术来设计驱动LED的恒流电源方法很多,具体要视LED在什么场合和什么工作电源的条件来决定选用何种方法。要重要的是,驱动LED的电流源的设计要点在于:效率要高、工作电压的范围要宽、电路占体积要尽可能小以及恒流精度要高,同时成本要低。
下面简单介绍几种常用的LED驱动电流源电路的工作原理。
1)双管电流源(图91—1所示)
利用半导体三极管在较大电流范围内其基极一发射极电压Vbe近似为常数这一特性,可以组成低成本的简易驱动LED的电流源,这种电流示于图91—1。
图中晶体管Q1的基极、发射极接在电阻RS两端,于是流过电阻RS的电流
Ie2 = Vbe / RS + Ib1 ≈ Vbe / RS, 在Q2 的电流增益hFE2较大时, I e2≈Ic2= IF,于是得
IF≈V bel / RS (91–1)
图91- 1的电路的恒流精度在1%左右,成本较低,缺点是为提高效率,VCC必须设计成:VCC≈VF+ VCE2mim+ Vbel,在仅驱动图中一个LED时,由于VCE2mim+ Vbel≈1V,而LED的VF在2~3V间,因此电路效率η=(VCE2mim + Vbel)/ VF×100%,约在50%~70%之间,在驱动LED串接回路时,效率会相应提高。
2)用三端可调稳压IC作LED恒流驱动电路
图91-2示出用一个三端可调稳压器IC改变接法可以构成恒流电源,驱动LED。由图91-2(a)知,一个三端可调试稳压器,其输出电压Vout由下式确定:
Vout=VFB(1+R1 /R2 ) (91-2)
式中,VFB为内部基准电压,一般为一个带隙电压:VFB≈1.25V。
将图91-2(a)改成图91-2(b),并用一个或数个LED串接回路取代R1,用取样电阻Rs取代R2,则从图中可知:
VFB=IF*Rs
IF= VFB /Rs (91-3)
显然,由于VFB是基准电源,只要Rs不变,流过LED的电流并不会变化,达到恒流驱动的目的,一般只要选择合适的IC,可以构成驱动100mA~1A的负载。
3)用开关电路(电源)实现恒定驱动LED。
上述二种方法效率决定工作电压和电路的取样电压,一般来说使用时,电源(如上述和)有一定限制。提高效率的一种行之有效的方法是用脉冲调制的开关电源方式,其基本原理如图91-3(a)从图中可以看出,当晶体管Q截至时,加在LED回路二端的电压是电源VCC和L在Q截至时的反电势电压之和。因此LED串接电路的电压可以高于电源电压VCC,是一种能升压的电路。
图91—3(a)
Q基极的输入电压Vi是占空比可调节的脉冲信号电压。当Vi高电平时,Q导通,流过电感L的电流i L可以表示:
iL=Vcc / R[1 – e - ( R / L ) t] (91- 4)
式中,L为电感量,R为L和Q的等效电阻,t为导通时间,显然当t→∞时,iL=Vcc/R。R越大,最大电流越小,反之L越大,电流上升越慢,导通时间内电流增加就慢。
当Vi处于低电平时,Q截止,电感L中储存的能量向LED释放,使LED瞬间流过较大的电流,点亮LED。只要L、R和导通时间t选择适当,LED的电流可控制在所预定的电平上,达到恒流驱动的目的。这里电源功率的损耗仅表现在Q在导通时其饱和压降VCCS电感电流iL和IQ的引起的功率和L的直流电阻上引起的功率一般是比较小的,因此效率较高,且和 VCC相关不太大。
图91- 3(b)是另一种型式的开关电源驱动电路,显然当Q导通时有:
iL ( t ) = I O e - ( R / L ) t ( 91- 5 )
试中,I O 是Q从导通瞬间转为截止时的电流。当Vi高电平时,Q导通。
图91-3(b)
电感L上的电流随时间线性上升到I O ,此时LED中无电流流过,当Vi 高电平跳变到低电平时,Q截止,电感上储存电能量按(91-5)式向LED释放,虽然电阻R过大时,转换效率就低。
图91-3的两种电路通过Vi 信号占空比的控制可以达到流过LED平均电流恒定的目的。当然这要通过反馈控制来实现。
随着LED应用范围的扩大,一些IC公司相继推出了各类各样的专用LED恒定电流(或可调电流)驱动电路,驱动输出的功率从几十毫瓦到数十瓦,供用户按不同需要选用。
用电子技术来设计驱动LED的恒流电源方法很多,具体要视LED在什么场合和什么工作电源的条件来决定选用何种方法。要重要的是,驱动LED的电流源的设计要点在于:效率要高、工作电压的范围要宽、电路占体积要尽可能小以及恒流精度要高,同时成本要低。
下面简单介绍几种常用的LED驱动电流源电路的工作原理。
1)双管电流源(图91—1所示)
利用半导体三极管在较大电流范围内其基极一发射极电压Vbe近似为常数这一特性,可以组成低成本的简易驱动LED的电流源,这种电流示于图91—1。
图中晶体管Q1的基极、发射极接在电阻RS两端,于是流过电阻RS的电流
Ie2 = Vbe / RS + Ib1 ≈ Vbe / RS, 在Q2 的电流增益hFE2较大时, I e2≈Ic2= IF,于是得
IF≈V bel / RS (91–1)
图91- 1的电路的恒流精度在1%左右,成本较低,缺点是为提高效率,VCC必须设计成:VCC≈VF+ VCE2mim+ Vbel,在仅驱动图中一个LED时,由于VCE2mim+ Vbel≈1V,而LED的VF在2~3V间,因此电路效率η=(VCE2mim + Vbel)/ VF×100%,约在50%~70%之间,在驱动LED串接回路时,效率会相应提高。
2)用三端可调稳压IC作LED恒流驱动电路
图91-2示出用一个三端可调稳压器IC改变接法可以构成恒流电源,驱动LED。由图91-2(a)知,一个三端可调试稳压器,其输出电压Vout由下式确定:
Vout=VFB(1+R1 /R2 ) (91-2)
式中,VFB为内部基准电压,一般为一个带隙电压:VFB≈1.25V。
将图91-2(a)改成图91-2(b),并用一个或数个LED串接回路取代R1,用取样电阻Rs取代R2,则从图中可知:
VFB=IF*Rs
IF= VFB /Rs (91-3)
显然,由于VFB是基准电源,只要Rs不变,流过LED的电流并不会变化,达到恒流驱动的目的,一般只要选择合适的IC,可以构成驱动100mA~1A的负载。
3)用开关电路(电源)实现恒定驱动LED。
上述二种方法效率决定工作电压和电路的取样电压,一般来说使用时,电源(如上述和)有一定限制。提高效率的一种行之有效的方法是用脉冲调制的开关电源方式,其基本原理如图91-3(a)从图中可以看出,当晶体管Q截至时,加在LED回路二端的电压是电源VCC和L在Q截至时的反电势电压之和。因此LED串接电路的电压可以高于电源电压VCC,是一种能升压的电路。
图91—3(a)
Q基极的输入电压Vi是占空比可调节的脉冲信号电压。当Vi高电平时,Q导通,流过电感L的电流i L可以表示:
iL=Vcc / R[1 – e - ( R / L ) t] (91- 4)
式中,L为电感量,R为L和Q的等效电阻,t为导通时间,显然当t→∞时,iL=Vcc/R。R越大,最大电流越小,反之L越大,电流上升越慢,导通时间内电流增加就慢。
当Vi处于低电平时,Q截止,电感L中储存的能量向LED释放,使LED瞬间流过较大的电流,点亮LED。只要L、R和导通时间t选择适当,LED的电流可控制在所预定的电平上,达到恒流驱动的目的。这里电源功率的损耗仅表现在Q在导通时其饱和压降VCCS电感电流iL和IQ的引起的功率和L的直流电阻上引起的功率一般是比较小的,因此效率较高,且和 VCC相关不太大。
图91- 3(b)是另一种型式的开关电源驱动电路,显然当Q导通时有:
iL ( t ) = I O e - ( R / L ) t ( 91- 5 )
试中,I O 是Q从导通瞬间转为截止时的电流。当Vi高电平时,Q导通。
图91-3(b)
电感L上的电流随时间线性上升到I O ,此时LED中无电流流过,当Vi 高电平跳变到低电平时,Q截止,电感上储存电能量按(91-5)式向LED释放,虽然电阻R过大时,转换效率就低。
图91-3的两种电路通过Vi 信号占空比的控制可以达到流过LED平均电流恒定的目的。当然这要通过反馈控制来实现。
随着LED应用范围的扩大,一些IC公司相继推出了各类各样的专用LED恒定电流(或可调电流)驱动电路,驱动输出的功率从几十毫瓦到数十瓦,供用户按不同需要选用。