恒流源驱动电路的制作.ppt

项目三LED屏幕显示 项目描述 从LED的光电特性入手分析恒流式驱动的优越性 进而禅述恒流源电路及其应用 从LED点阵显示屏的结构出发 分析LED点阵显示屏显示字符的原理 从LED点阵显示字符实训 LED显示屏的组装 到LED显示屏的调试和演示操作 使操作技能得到进一步提高 知识目标 理解LED在显示领域的应用 技能目标 学会LED条形屏的组装 任务 任务一恒流式驱动电路 一 恒流式驱动电路1 LED驱动电源的特点及要求首先LED不能直接使用常规的电网电压 从LED的伏安特性可知 只能给LED两端加上一定的直流电压或通上一定的直流电流才能使LED发亮 另外 在选择和设计LED驱动电源时还要考虑到以下几点要求 1 高可靠性 2 高效率 3 高功率因素 4 驱动方式 5 浪涌保护 6 保护功能 7 防护方面 8 驱动电源寿命要与LED寿命相匹配 9 要符合安规和电磁兼容 2 LED采用恒流源驱动的优点 1 从LED的伏安特性分析若是采用恒压式供电 必须要求恒压源有足够高的精度 否则LED工作极其不稳定 甚至会烧坏LED 2 从伏安特性的温度系数分析LED的伏安特性并不是固定的 而是随温度而变化的 所以电压定了 电流并不一定是不变的 而是随温度变化的 这是因为是LED是一个二极管 它的伏安特性具有负温度系数的特点 3 LED显示屏的显示效果分析由于LED制造工式的差异性 即使是同厂家同型号的LED 其正向压降也存在有分散性 当采用恒压驱动多只并联的LED时 各工作电流也会有所不同 导致光学特性的不一致 因此 最好的办法是恒流控制 二 恒流式驱动电路的形式与结构 1 恒流式驱动 a 三极管的LED负载曲线 b 基极电流控制 c 基极电压控制 图3 3LED作负载与三极管串联 图3 3 a 是LED作为三极管放大电路的负载曲线 如果直接使用三极管基极电流控制其集电极电流 如图3 3 b 所示 由于三极管放大倍数的分散性 同样的基极电流 会产生不同的集电极电流 因此采用基极电压控制方式更为合理 如图3 3 c 所示 即在发射极中串联电阻Re 这时有 Ic Ie Ub Ube Re 2 基本恒流源电路 图3 4基本镜像恒流源 基本镜像恒流源电路 如图3 4所示 三极管T1 T2参数完全相同 则有 1 2 ICEO1 ICEO2 由于两管具有相同的基 射极间电压 UBE1 UBE2 故IE1 IE2 IC1 IC2 当 较大时 基极电流IB可以忽略 所以T2的集电极电流IC2近似等于基准电流IREF 即 IC2 IC1 IREF UCC UBE R UCC R 由上式可以看出 当R确定后IREF就确定了 IC2也随IREF而定 我们可以把IC2看作是IREF的镜像 所以称为镜像恒流源 2 用三极管提供基准电压的恒流源 图3 5三极管be电压作基准电压的恒流源 3 用稳压二极管提供基准电压的恒流源 图3 6稳压二极管作基准电压的恒流源 4 用三端可调电压基准集成电路提供基准电压的恒流源 图3 7TL431的图形符号和外形图 TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源 它的输出电压用两个电阻就可以任意地设置从2 5V到36V范围内的任何基准电压值 TL431可等效为一只稳压二极管 其基本连接方法如图3 8所示 图 a 作为2 5V基准电压源 图 b 作为可调基准电压源 电阻R1和R2与输出电压的关系为UO 2 5 1 R1 R2 V a 2 5V基准源 b 可调基准源 图3 8TL431的基本连接方式 如图3 9所示 是TL431作2 5V基准电压的恒流源 电阻R2是电压取样电阻 一旦需要的电流大小确定后 这个阻值就定了 R2 2 5 I 图3 9TL431作基准电压的恒流源 3 集成恒流源目前由于LED的广泛使用 对LED驱动电路的功能和品质等各方面均提出了较高的要求 现在许多集成电路 IC 产家已生产出各种类型的LED驱动IC 以便在不同的情况下供设计人员选择 LED驱动IC目前市场需求按应用来分基本有四大类 1 用于消费性电子产品 其应用特点是以电池为能源 一般为4 2V 8 4V 因此低电压 小电流的LED驱动电源是目前量大面广的产品 消费性电子产品的LED驱动电源拥有比较成熟的技术 产品和相对成熟的市场 3 用于建筑装饰照明和家庭照明 主要功能是将交流电压转换为恒流电源 并同时完成与LED的电压和电流的匹配 建筑装饰照明和家庭照明 则需要将交流 AC 能直接变换成直流 DC 恒流源的LED驱动IC 目前还不能提供单个的集成电路产品 大多数是模块化电路 2 用于汽车照明产品 因其电源稳压器来自汽车蓄电池 一般是48V 所以需要较高电压降压的LED驱动IC 汽车照明产品使用LED的数量较多 LED多采用串 并联连接 需要较高的电压 对于取自48V汽车蓄电池的电源来说是十分方便的 4 用于LED屏幕显示 LED显示屏驱动IC可分为通用IC和专用IC两种 三 集成恒流源电路的应用 1 低电压类IC低电压类IC是指其输入电压低 一般不超过DC15V 主要在以电池为电源的便携式产品中使用 可实现低电压类驱动的IC型号较多 几乎大多数的IC生产公司均有相似的产品 每个型号的LED驱动IC既有共同点 又有各自的特点 如有的具有可调光功能 1 LM3590为小功率白色LED简单驱动IC 如图3 10所示是它的外形图 输入电压6V 12V 输出电流20mA 降压型 SOT23 5贴片封装 图3 10LM3590外形图 LM3590的引脚功能 1 可编程电流输入端 编程电阻RSET 100 1 25 IOUT 2 地 3 恒流输出端 4 电压输入端 输入电压范围6V 12V 5 使能端 EN为低电平时 无输出 EN为高电平时 有输出 LM3590的典型应用电路 如图3 11所示 图3 11LM3590的典型应用电路 2 MAX1561为高效率升压型变换器 它们能够以恒定电流 87 的效率驱动多达6个白光LED 可为便携式电子设备提供背光照明 其升压转换结构允许白光LED串联连接 使每个LED保持相同的电流 以获得均匀的亮度 不需要限流电阻 图3 12MAX1561的典型应用电路 2 中电压类IC中电压类IC是指其输入电压一般在几伏至几十伏之间 该类IC主要可用于以蓄电池为输入电压源 以汽车的LED灯饰产品为主 如用于汽车阅读灯 刹车灯 转向灯等 AMC7150的典型应用电路 如图3 13所示 图3 13AMC7150的典型应用电路 3 高电压类IC高电压类IC是指其输入电压一般可达到几百伏 它的输入端能承受由市电直接整流得到的全部直流电压 而不需要降压 这类IC主要用于以市电为电源的各种照明中 如户外景观灯 LED路灯 LED日光灯 LED射灯 LED台灯等 HV9910的典型应用电路 如图3 14所示 图3 13AMC7150的典型应用电路 四 LM317恒流源电路的分析和指导1 LM317集成电路介绍LM317是三端可调稳压集成电路 输出电压范围是1 2V至37V 负载电流最大为1 5A 它的使用非常简单 仅需两个外接电阻来设置输出电压 此外它的线性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好 LM317内置有过载保护 安全区保护等多种保护电路 图3 15LM317外形图和图形符号 2 用LM317构建恒流源电路 图3 16LM317的恒流源电路 LM317工作时 LM317建立并保持输出端与调节端之间1 25V的标称参考电压 Vref 利用这一特点可以构建一个简单的恒流源电路 如图3 16所示 从图可以看出 流过负载RL的电流IO为 IO I1 I2 而I2 U21 R1 因U21之间的电压为1 25V且固定不变 若保持R1不变 则I2也就不变 又因I1相对于IO而言很小 所以IO I2能保持不变 即输出电流恒定 3 LM317构成恒流源驱动LED 图3 17由LM317构成LED恒流驱动电路 LED选用普通白光型 其工作电压为3 0 3 5V 工作电流为15mA 20mA 电源输入电压为12V 因本电路是降压型 故UO必须小于Ui 因此采用3只LED串联组成一条支路 共用12只LED组成四条支路 复习思考题1 LED驱动电源的特点是什么 2 用恒流源驱动LED 是不是说LED可以无限制的串联或并联使用 3 LED驱动IC按应用来分有几类 主要用于哪些场合 4 低压类 中压类和高压类的驱动IC有什么主要的区别 技能训练一 恒流源驱动电路的制作和安装 1 实训目的 1 进一步了解LM317组成的恒流源驱动LED电路工作原理 2 学习用LM317组建恒流源电路的方法和实际电路的连接 3 学习LED驱动电源性能的测试方法 2 实训器材按表3 1恒流源驱动电路的制作和安装实训器材准备 表3 1恒流源驱动电路的制作和安装实训器材 3 实训内容与步骤按图3 17所示 制作和安装恒流源驱动电路的步骤如下 1 用万用表检测各元器件 确认各元器件的引脚和极性 2 按装配图 安装元器件 3 焊接元器件 焊接元器件间的连接线 4 检查电路无误后 焊上断口K1和K2 接通电源 DC12V LED点亮 4 LM317恒流源驱动LED电路的测试与分析 1 电路的稳流性能测试输入电压从8V逐渐增加到15V 测量电路的输出电流 并观察LED的亮度变化情况 测量数据填入表3 2中 表3 2电路的稳流性能测试 2 电路的效率测试电路的输入电压保持12V 分别测量下列三种情况时电路的输入电压和电流 输出电压和电流 并计算电路的效率 结果填入表3 3中 当每支路的LED为三只串联时 保持原电路不变 当每支路的LED为二只串联时