照明用LED驱动技术方案的探

1、照明用LED驱动技术方案的探1引言led具有环保、节能.效率高、寿命长、安全可釜的优势.在如今“低碳”生活中，它可发挥了 不小的作用.照明现在基木都普及r LED.为此 必须了解LED的使用条件、工作原理、驱动方法和典型 应用.才能让LED照明的应用最大化。2 LED工作原理要设讣驱动电路.首先耍堂握其工作原理。LED的亮度主要与VF. IF有关c LED的伏安特性见图 1其中VF是LED的正向压降、IF是正向电流。当正向电压超过阈值（即导通电压,如图约1.7V）时. 可近似认为IF与VF成正比。由图可知,LED的最高IF可达1A,而VF通常为2 V4V。If/mA图1 LED的VF与IF的关

2、系LED的正向压降变化范围比较大（可达IV以上），而由上图中的VF-IF曲线可知，VF的微小变化 会引起IF较大的变化，从而引起亮度的较大变化。所以，通常LED的发光特性都用电流的函数來描述， 而不是电压的函数。但一般的整流电路的输出电压随肴电网电压的波动也会变化，由此可知，采用恒乐源驱 动不能保证LED亮度的一致性，并且影响LED的特性。因此，LED驱动通常采用恒流源驱动。3 LED驱动技术由LED的工作原理知道，要使LED保持展佳的亮度状态.需嬰恒流源來驱动驱动的任务既耍保 持恒流特性，还婆保持较低的功耗为了满足以上要求.通常采用的控制电流的方法有：通过调节限流电 阻的大小实现控制电流：通

3、过凋节限流电阻上的基准电压來调节电流：PWM调制实现电流控制。LED的驱动 技术与开关电源中应用的技术十分类似，LED驱动电路是一种电源转换电路.但输出的是恒定电流而非恒 定电压。无论在任何情况下.都要输出恒定而平均的电流，纹波电流要控制在一定的范碉内。（1）限流法如图2所示，这是传统的电路。电网电压通过降压、整流、滤波后,通过电阻限流使LED稳定工 作。这种电路的致命缺点是：电阻R上的功耗直接影响J系统的效率.再加上变压器损耗.系统效率约 50%。当电源电压在10%的范围内变动时,流过LED的电流变化将25%, LED上的功率变化超过30%。电照明灯貝安装俺匚方崇阻限流的优点是设il简单、成

4、木低、无电磁干扰：但是电流会随着VF的变化而改变亮度.效率很低.散热 难。稳圧法图3是在图2的基础上加了一个集成稳斥元件MC7809,使输出端的电压基木稳定在9V,限流电阻 R可用得很小.不会造成LED的电压不稳。但是，此电路效率还是低。因为MC7809和R1上的压降仍占很 大比例,其效率约为40%左右。这就称不上是节能照明产品。为了达到既能使LED稳定工作,又能保持高 的效率，应采用低功耗的限流元件和电路來使系统效率提商。线形稳压法的优点是结构简W外部元件少、 效率中等、成木较低CPWM法PWM脉宽调制.即用脉宽调制的方法，改变LED驱动电流的脉冲占空比來控制光的亮度。是利用 简讯的数字脉冲

5、，反复开关LED驱动滦的调光技术。使用者只需提供宽、窄不同的数字脉冲.即可实现改 变输出电流，从而调节白光LED的亮度。此驱动电路的特点是.通过一个电感器将能址传递给负载.通常照明灯貝安装俺匚方崇是川一个P崩控制信号，对HOSFET晶体管触发导通和关断來实现。通过改变PWM的占空比和电感器的充放 电时间，对输入电压和输出电压的比率进行调节。这类电路常见的结构包括降斥.升压、降压-升压等类 型。优点是商效、稳定，但容易产生人耳听得见的噪声，成木岛.设讣复余。图4的P収信号，经过三极管VQ1的基极连接到P沟道MOS管的柵极上。P沟道MOS管的栅极驱 动,采用简做的NPN三极管驱动放大电路.以改善M

6、OS管的导通过程.减少驱动电源的功率。十驱动电路 直接驱动MOS管时，会引起被驱动MOS管的快速开通和关断，这就可能造成被驱动HOS管漏源极间电压的 振荡。一则引起射频干扰.二则有可能适成MOS管遭受过商的电压而击穿损坏。为解决这一问題.需在被 驱动MOS管的栅极与驱动电路的输岀之间串联一只无感电阻。十PWV波输出岛电平时.三极管VQ1导通， 从而使MOS管的柵极电压低于源极电压，HOS管的源极和漏极导通.LED点亮。、“|PWM波输出低电平时 VQ1 截止，LED熄灭。4典型照明LED驱动方案目前全球LED市场主要有日木的日亚化学(Nichia)、丰ED合成(ToyodaGosei)、芙国C

7、ree公 司、欧洲飞利浦(PhilipsLumileds)和欧司朗(Osram) 5家学控。照明LED驱动芯片制造商,国内利用 较藝的有华润矽威科技和台湾点晶科技的产品.国外利用较餅的有安森英和灸国国家半导体等芯片。(1)华润矽威的LED驱动芯片华润矽威科技最新推出的PT4207采用SOP8时装.是一款岛压降压式LED驱动控制芯片.能适应 从18V到450V的输入电压范叭 可支持上百个LED的串并联驱动应用.占空比最商可达100%以保证系 统的商效能。内过输入电圧补偿功能，极大改善f PT4207在不同输入电压下的LED电流稳定性。PT1207 内迓一个350mA开关，并配备外部MOS开关驱动

8、端口。对于350mA以下的应用无需外部M0S开关.对于高 于350曲的应用可 采用外部M0S管扩展电流。LED电流可通过外部电阻设定。通过多功能调光DIH管脚. 可使用电阻或DC电压线性调节LED电流，也可使用数字脉冲信号进行PWM调光。PT1207具有女种保护功 能，包括负救短路保护、开路保护、过温度保护等。适合AC/DC led H光灯.RGB背光LED驱动、LED环境 装饰灯等各种应用。PT4207的典型应用线路如图5所示。照明灯貝安装俺I】方冬J0073(01CtPTMS7图5 LED日光灯驱动芯片PT1207典型应用线路（2）安森茨LED驱动芯片安森关半导体NCL30000是一款极佳

9、的产品，成木低性能佳。这湍件集成f PFC. DC-DC转换和 LED驱动器，简取易用.其小型SOIC封装也有利于小巧设讣和低成木。NCL30000采用紧凑型的8引脚表 倆贴装対装，使用临界导电模式反激架构，以单段式拓扑结构，在宽AC输入电压范圉内提供大于093的 商功率因数典型应用包括LED驱动器电源.LED嵌灯.三端双向可控硅开关组件（TRIAC）可调光LED灯 及功率因数校正恒压电源。其典型应用原理图如图6所示。NCOOOOOMFP心COMFCt丁、二C9r：-图6 NCL30000典型应用原理图（3）茨国国家丫导体LED驱动芯片照明灯貝安装俺I】方冬恒流降压型,Vin范囲LM3405

10、3V -15V/LM3405A 3V-22V：基准电流源:200mV： 1：作频率：0. 550/1. 6MHZ： PWM调光。典型应用为：家用照明、路灯、广告装饰等。LM3105典型应用原理图见图7。（4）台湾点晶科技LED驱动芯片DM413是全彩驱动芯片，内迓灰度产生器，采用PWY脉宽调制方式。专为LED照明.装饰、大屏 显示等应用而设计。最大恒流输出：100mA：最大输出承受电压：17V：最大串行时钟频率：20MHz：芯片 工作电斥：3. 3V5. 5VO DM113具有若干信号输入输出引脚及女个功能设定引脚。信号通过输入接口给 DM413相应的输入引脚。3个输出引脚用于连接LED,可分

11、配给R. G, B三个颜色同一个输出引脚接相同 颜色的LED.根据配色需要，每个输出引脚可接一个或多个LED。控制器输出接口具有三条信号线：一条 串行数据输出线，一条时钟信号输出线及一条锁存信号线。这三条线分别接到驱动芯片相应的3个引脚上。 和一般的串行移位机制相同在时钟信号的控制下.串行数据在驱动芯片内部移位寄存。十数据发送接收 完毕.控制器向驱动芯片发送锁存信号.使LED驱动芯片锁存已存储的数据，同时会根据所存储的数据驱 动LED发光。该方式控制LED以人眼分辨不出的扁频率快速亮灭，根据芯片所存储的数据设定亮和灭所占的 比例即实现灰度级别的控制。DM113的典空应用原理图见图8。照明灯貝安装俺I】方冬4D4RREX GRE卞 BREXDAI CKI STBR G BPOL DAOCKOMOD SDOINPUTRES1*LATCH I图8 DM113典型应用原埋图5结语综上所述可以看出.LED在丄作时需要有稳流、稳斥的元件.但是此类元件应具备自身承担的分 压髙但功耗要小的特性。所以，应尽可能采用电容.电感或有源开关电路等岛效电路.这样才能保证LED 系统的岛效率。采用串联式集成恒功率输出电路，可以使LED的光输出在很宽的电源范困内保持恒定.但 一般的IC电路会因此而使效率有所下降。采用有源开关电路.可以保证在较岛的转换效率下.实现电源 电圧大