学习单元4LED驱动电路分析.ppt

1、1,学习单元4 LED驱动电路分析,4.1 LED驱动器 4.2 LED与驱动器的匹配 4.3 典型LED驱动器及应用 4.4 典型DC/DC变换电路 4.5 白光LED驱动电路 4.6 LED集成驱动电路,4.1 LED驱动器,2.常用的LED电源驱动方案,1 LED驱动器的要求,提纲,3.LED显示驱动方式,1. LED驱动器的要求,为满足便携式产品的低电压供电，驱动器应有升压功能，以满足13节充电电池或1节锂离子电池供电的要求，并要求工作到电池终止放电电压为止。 驱动器要有高的功率转换效率，以延长电池的寿命或两次充电之间的时间间隔。 在多个LED并联使用时，要求各LED的电流相匹配，使亮

2、度均匀。 功耗低，静态电流小，并且有关闭控制功能。 LED的最大电流ILED可设定，在使用过程中可调节（亮度调节）。 有完善的保护电路，如低压锁存、过压保护、过热保护、输出开路或短路保护等。 外围元件少而小，使其占印制板面积小，以便小尺寸封装。 使用方便，价位低，对其他电路的干扰影响小。,2 常用的LED电源驱动方案,1）低压驱动 2 ）过渡电压驱动 3 ）高压驱动 4 ）市电驱动,综合控制驱动,静态显示驱动电路,3 LED显示驱动方式,1）静态显示驱动法,2）动态显示驱动法,动态显示驱动电路,3）MCU程序的实现,LED有关显示功能的逻辑关系,实现定时中断的方法,跑步机功能流程,4.2 LE

3、D与驱动器的匹配,2 LED全部串联方式,3 LED全部并联方式,1 匹配问题的提出,提纲,4 LED混联方式,5 交叉阵列形式,6 驱动电路的拓扑结构,匹配的差异级别包括发光强度和色度。色度决定显示的颜色，大多与执行设计所使用的半导体工艺有关。电气工作条件对色度的影响很小。对于发光强度而言，筛选工艺可测量在给定正向工作电流下发光强度。,1 匹配问题的提出,2 LED全部串联方式,1）电路特性,LED以全部串联方式连接,2）驱动器选择,1）电路特性,3 LED全部并联方式,LED采用全部并联方式,全部并联方式应用,当某一只LED因品质不良而断路时，如果采用稳压式LED驱动方式驱动器的输出电流将

4、减小，但不影响余下的所有LED正常工作。 如果采用恒流式LED驱动方式，由于驱动器的输出电流保持不变，分配在余下的LED中的电流将增大，容易损坏所有的LED。 解决办法是尽量多地并联LED，当断开某一只LED时，分配在余下的LED中的电流不大，不至于影响余下的LED正常工作。,2） 驱动器的选择,4 LED混联方式,1）电路组成,LED采用混联方式连接图,当某一串联支路上有一只LED品质不良而短路时，不管采用稳压式驱动方式还是恒流式驱动方式，该串联支路相当于少了一只LED，通过该串联电路的电流将增大，多表现为断路。 断开一个LED串联支路后，如果采用稳压式驱动方式，驱动器的输出电流将减小，而不

5、影响余下的所有LED正常工作。,2）电路性能分析,LED采用混联方式应用,5 交叉阵列形式,LED交叉阵列形式的电路图,LED驱动电路的拓扑结构,简单的LED驱动电路拓扑结构图,LED驱动电路结构框图,4.3 LED与驱动器的匹配,2电感式LED驱动器,3电荷泵式LED驱动器,1电容降压式LED驱动器,提纲,4 LED恒流驱动器,5 LED调光驱动,电路中利用两只反向并联的LED对降压后的交流电进行整流。该电路广泛应用在夜光灯、按钮指示灯及一些要求不高的位置指示灯等场合。,1电容降压式LED驱动器,1) 最简单的电容降压电路,最简单LED的电容降压电路,2) 采用压敏电阻的电容降压LED驱动电

6、路,3) 采用可控硅的电容降压LED驱动电路,4) 具有滤波单元的电容驱动电路,2 电感式LED驱动器,典型电感式LED驱动器的原理图,3 电荷泵式LED驱动器,基于电荷泵的LED驱动器组成框图,利用电荷泵控制3个LED,将MAX1916的输出并联，提供更高的电流增益,新型电荷泵变换器的特点,1)提高输出电流及降低输出电阻 2)减小功耗 3)扩大输入电压范围 4)减小所占印制板的面积 5)输出负电压可调整,通过电阻设定输出电压的电路图,电荷泵的选用,转换效率要高。 静态电流要小，可以实现节能运行。 输入电压要低，尽可能利用电池的潜能。 噪声要小，对整体电路无干扰。 功能集成度要高，以提高单位面

7、积的使用效率，便于设计更小型的电子产品。 具有足够的输出调整能力，以使电荷泵不会因工作在满负荷状态下而发热。 电荷泵的封装尺寸要小，这是电子产品的普遍要求。安装成本低，包括电荷泵周边电 路要少占PCB面积，并且走线少而简单。 要具有关闭控制端，可在长时间待机状态下关闭电荷泵，使供电电流消耗近乎为零。,可控恒流源应是实现亮度控制最简单的方案。 LCD背光装置则大多采用PWM电源为LED供电，以避免这一“色偏”问题。 目前多已改用集成恒流源为白光LED供电，可以消除电源电压变动所造成的不利影响。,4 LED恒流驱动器,恒流源集成电路AS1109的封装形式,5 LED调光驱动( 四种实现方式),4.

8、4 典型DC/DC变换电路,2有变压器隔离的DC/DC变换电路,1 无隔离的DC/DC变换电路,提纲,1 无隔离的DC/DC变换电路,1）降压式变换器 如图a所示,无隔离的DC/DC变换电路,2）升压式变换器 如图b所示,3）降升压式变换器 如图c所示,2 有变压器隔离的DC/DC变换电路,1）单端正激DC/DC变换器,单端正激DC/DC变换器的电路图,2）单端反激DC/DC变换器,单端反激DC/DC变换器的电路图,3）双管正激DC/DC变换器,双管正激DC门DC变换器的电路图,4）双管反激DC/DC变换器,双管反激DC/DC变换器的电路图,5）半桥DC/DC变换器,半桥DC/DC变换器的电路

9、图,6）全桥DC/DC变换器,全桥DC/DC变换器的电路图,7）推挽式DC/DC变换器,推挽式DC/DC变换器的电路图,4.5 白光LED驱动电路,2白光LED驱动方案的选择,3常见的白光LED驱动电路,1调光功能的实现方式,提纲,采用模拟方式调光技术时，只需将白光LED的电流降至最大值的一半，就能让屏幕亮度降低50%。这种方法的缺点是白光LED的色移需要模拟控制信号。 PWM方式调光技术可在减小的电流占空周期内提供完整的电流给白光LED，例如要将亮度降低一半，只需在50%的占空周期内提供完整的电流。,1调光功能的实现方式,调光功能的实现方式可分为两种：模拟方式和PWM方式。,所有专为驱动白光

10、LED而设计的IC都提供恒定电流，其中绝大多数是基于电感或电荷泵的解决方案，这两种解决方案各有其优缺点。 电荷泵解决方案也称为开关电容器解决方案，利用分离电容器将电源从输入端传送至输出端，整个过程不需使用任何电感，所以是受欢迎的解决方案。 电感式驱动电路体积小，效率高，适合为绝大多数便携式电子产品提供更长的电池使用时间。,2 白光LED驱动方案的选择,电感式升压变换器解决方案,该电路利用电压源变换器与限流电阻来控制白光LED的电流。 该做法的优点是可以选用多种稳压器，同时只需将稳压器的一端连接到白光LED上； 缺点是由于限流电阻所带来的功率耗损以及白光LED的正向电流没有被精确控制，因此效率不

11、佳。,3 常见的白光LED驱动电路,电压源变换器与限流电阻,1）电压源变换器与限流电阻电路,该电路对于同一生产厂同批次的LED来说匹配精度较高，而对不同生产厂不同批次的LED来说匹配精度较差。,2）电流源变换器与限流电阻电路,电流源变换器与限流电阻,电流的稳定精度与匹配度由每个独立的电流控制器的精度所决定。 采用MAX1570变换器可达到2%的电流精度以及0.3%的电流匹配度。,3）多重电流源变换器,多重电流源变换器,采用电感升压式变换器来稳定白光LED电流的电路，其中反馈电压可以将电流检测电阻的功率损耗降到最低。,电感升压式变换器且LED以串联形式连接,4）电感升压式变换器且LED以串联形式

12、连接,4.6 LED集成驱动电路,2 开关式驱动LED的电路,3 限流开关,1 电荷泵驱动电路,提纲,4 闪光灯用LED驱动器,5 六路串联白光LED驱动,6 集成肖特基二极管驱动器,（1）主要技术特性 固定高频工作频率为2MHz。 输出电流为lOOmA。 输出电压稳定，CAT3200-5的输出电压固定为5V，CAT3200的输出电压可调。 静态电流的典型值为1.7mA。 输入电压低至2.7V时仍可正常工作。 具有软启动、斜率控制，过热关断保护等功能。 低值的外部电容（1uF）。 关断电流小于lUA，有折返电流上限保护和过热保护。 CAT3200-5采用小型（厚度为Imm）6脚SOT-23封装

13、，CAT3200采用MSOP-8和小型（厚度为0.8mm）TDFN封装。,1 电荷泵驱动电路,1）CAT3200/CAT3200-5电荷泵驱动的白光LED电路,(2)典型应用电路,CAT3200和CAT3200-5的典型应用电路,（1） MAX1576的主要技术特性 驱动多达8个LED。30mA驱动用于背光照明，400mA驱动用于闪光灯。 在整个锂离子电池放电过程中可实现85%的平均效率，LED的电流匹配精度为0.7%。 自适应的lx、1.5x、2x模式切换，灵活的亮度控制。 单线，串行脉冲接口(5%l00%)，2位（3电平）对数逻辑。 低输入纹波和EMI，O.luA低关断电流。 电源电压范围

14、为2.75.5V。 具有软启动限制浪涌电流、输出过压保护和热关断保护功能。 MAX1576采用24引脚4mm4mm薄型QFN封装(最大厚度为0.8mm)。,2）MAX1576电荷泵驱动的白光LED电路,（2）典型应用电路,MAX1576电荷泵驱动白光LED的电路,AAT3110的主要技术参数 输入电压：Vn.I= 2.75.5V。 输出电压：VOUT= 5.OV/lOOmA。 静态电流：Iq= 13uA。 停机状态电流：ISHDN= luA。 工作效率：90%以上。 工作频率：750kHz。,3）AAT3110电荷泵驱动的白光LED电路,AAT3110电荷泵驱动的白光LED电路,SR036驱动

15、白光LED的应用电路,2 开关式驱动LED的电路,1) SR03驱动白光LED的电路,R1211系列产品采用了CMOS工艺，是具有电流控制功能的低功耗开关式升压变换器; 外围电路简单，只需一个电感、一个二极管、一个场效应管以及几个电阻和电容，输入电压范围是2.55.5V，适用于单节锂离子电池或普通干电池组供电的场合。,2) R1211驱动白光LED的电路,R1211驱动白光LED的电路,MAX6964是一种I2CTM兼容串行接口的外设电路，可以为微控制器提供17个输出端口，各路输出都采用吸收电流的漏极开路结构，允许工作在50mA/7V条件下，可驱动LED，或者通过外部电阻上拉.,3) MAX6964驱动白光LED的电路,MAX6964的典型应用电路,3 限流开关TPS2014/ TPS2015,1) 内部结构与工作原理,TPS2014/TPS2015的内部结构图,TPS2014和TPS2015有两种封装：8引脚SO封装及8引脚DIP封装。