驅(qū)動(dòng)LED的恒定電流源的不同方法(圖)
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上傳人：admin 上傳時(shí)間： 2008-05-27 瀏覽次數(shù)： 879 |
簡(jiǎn)介
自上世紀(jì)60年代初問(wèn)世以來(lái)，發(fā)光二極管(LED)已被用于許多半導(dǎo)體器件。從第一個(gè)LED問(wèn)世到現(xiàn)在，LED技術(shù)已經(jīng)取得了很大的技術(shù)進(jìn)步。氮化鎵(InGaN)和銦鎵磷化鋁(InGaAlP)的使用創(chuàng)造了更多各種各樣的顏色(特別是采用InGaN工藝，通過(guò)紫外線發(fā)出的藍(lán)光)，通過(guò)LED技術(shù)多彩的LED產(chǎn)品得以問(wèn)世。此外，由于發(fā)光效率、光通量及功耗的改進(jìn)，這些新的半導(dǎo)體材料能夠產(chǎn)生更亮的光。過(guò)去大多數(shù)LED都是由5mA~20mA的電流驅(qū)動(dòng)的，而現(xiàn)在一些制造商生產(chǎn)的HB LED是由1A甚至更大的連續(xù)電流驅(qū)動(dòng)的。
過(guò)去從設(shè)計(jì)角度看，在操作小電流LED時(shí)，采用電阻器或線性穩(wěn)壓器提供驅(qū)動(dòng)LED所需的電流是可以接受的。在這種小電流解決方案中，功耗是最小的，而且這種技術(shù)對(duì)于驅(qū)動(dòng)許多應(yīng)用中的LED來(lái)說(shuō)足夠了。隨著更新一代HB LED所需的驅(qū)動(dòng)電流(IF)的增加，要更多地考慮到LED本身和電流驅(qū)動(dòng)電路的散熱管理和功耗問(wèn)題。除了上述原因外，LED也需要更大穩(wěn)流來(lái)保持顏色、亮度和使用時(shí)間，因此現(xiàn)在逐漸采用開關(guān)穩(wěn)壓器和控制器來(lái)提供驅(qū)動(dòng)HB LED所需的恒定電流。本文將介紹LED可以采用的不同拓?fù)浜团渲?，以及用開關(guān)穩(wěn)壓器和控制器驅(qū)動(dòng)LED的方法。
LED配置/拓?fù)?/b>
在驅(qū)動(dòng)LED時(shí)有四種基本配置。選擇最理想的拓?fù)浜团渲猛ǔＨQ于應(yīng)用以及技術(shù)規(guī)范和系統(tǒng)要求。設(shè)計(jì)人員需要考慮輸入電壓、要驅(qū)動(dòng)的LED的數(shù)量、尺寸/布局限制、效率、散熱管理以及光學(xué)等問(wèn)題。第一種，也是最基本的一種拓?fù)涫菃蝹€(gè)LED。采用這種設(shè)計(jì)的應(yīng)用實(shí)例有汽車內(nèi)頂燈(地圖燈，閱讀燈)。
第二種，可以用串聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)LED。因?yàn)榻?jīng)過(guò)所有LED的驅(qū)動(dòng)電流都是相同的(假設(shè)LED被適當(dāng)?shù)姆謾n)，這種配置可以保證顏色和亮度達(dá)到最接近的匹配度。在這種情況下，必須注意整個(gè)串聯(lián)串中的輸入電壓以及它和正向電壓降(VF)之間的關(guān)系。這將決定將被用于驅(qū)動(dòng)LED的功率拓?fù)洌挛膶?huì)討論這個(gè)問(wèn)題。這方面的應(yīng)用實(shí)例包括閃光燈和汽車尾燈/剎車燈。
驅(qū)動(dòng)LED的第三種配置是以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)。在這種配置中，可以以大于單個(gè)LED的最大正向電壓的輸入電壓驅(qū)動(dòng)許多個(gè)LED。再次聲明，LED的分檔是非常重要的，因?yàn)樵诓⒙?lián)配置中，由于LED之間的VF不同，色彩和/或亮度之間不匹配的可能性非常大。如圖1所示，LED是并聯(lián)連接的器件，電流和電壓(I-V)之間的曲線急劇上升，因此，即使是電壓發(fā)生很小的變化，用電壓源驅(qū)動(dòng)LED也會(huì)使正向電流的擺幅很大。
圖1 驅(qū)動(dòng)LED過(guò)程中的正向電壓 v 電流
最后一種驅(qū)動(dòng)LED的配置是將并聯(lián)LED串以串聯(lián)方式連接。這種配置對(duì)于驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED來(lái)說(shuō)比較適合，但是只有一個(gè)LED串有恒定電流。二極管的電壓調(diào)節(jié)次級(jí)串的電流，串聯(lián)鎮(zhèn)流電阻器通常用于進(jìn)一步減小由VF不匹配造成的影響。此外，LED的累積VF不匹配度很可能會(huì)使從一個(gè)串到另一個(gè)串的亮度也不匹配。這種技術(shù)用于驅(qū)動(dòng)一些顯示器的小電流白色LED背光燈。這種配置的不同之處是串并聯(lián)連接，在這種配置中，整個(gè)陣列(將整個(gè)陣列視為二端元件)的電流都是穩(wěn)定的，并且假設(shè)各個(gè)支路會(huì)分享相等的電流。這種配置在汽車剎車燈/尾燈/轉(zhuǎn)向燈中已經(jīng)獲得應(yīng)用。LED封裝中會(huì)包含若干個(gè)晶粒，但是，當(dāng)從一個(gè)集中源產(chǎn)生大量光通量時(shí)，只有兩個(gè)連接被證明是有效的。
功率拓?fù)?/b>
不管類型、尺寸或功率如何，由恒流驅(qū)動(dòng)的所有LED都會(huì)達(dá)到最佳工作狀態(tài)。以流明為單位測(cè)量的光輸出與電流成正比，因此，LED制造商說(shuō)明的是在特定的正向電流IF 下器件的特征(例如，流明、波束圖和顏色)，而不是在特定的正向電壓VF 下的特征。如圖2所示。
圖2 亮度(光強(qiáng)度)和顏色(波長(zhǎng))v LED的正向電流
當(dāng)恒流源中要求高效和低功耗時(shí)，開關(guān)穩(wěn)壓器或控制器是驅(qū)動(dòng)HB LED的最佳選擇。下文討論驅(qū)動(dòng)LED的不同功率拓?fù)洹ｉ_關(guān)穩(wěn)壓器具有高效、能夠降低驅(qū)動(dòng)LED的半導(dǎo)體的功耗以及減少向LED傳熱等優(yōu)勢(shì)。
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