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LED驱动及LED驱动器的设计思想
文章来源:OFweek半导体照明网  发布时间:2013-9-17

    LED在可携式产品中背光源的地位已经不可动摇,即便是在大尺寸LCD的背光源当中,LED也开始挑战CCFL(冷阴极萤光灯)的主流地位;而在照明领域,LED作为半导体照明最关键的部件,更是因为顶着节能、环保、长寿命、免维护等诸多光环而受到市场的追捧。驱动电路是LED(发光二极管)产品的重要组成部分,无论在照明、背光源还是显示板领域,驱动电路技术架构的选择都应与具体的应用相匹配。

    LED的发光原理是在它两端加上正向电压,使半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合,放出过剩能量,从而引起光子的发射。LED驱动电路的主要功能是将交流电压转换为恒流电源,同时按照LED器件的要求完成与LED的电压和电流的匹配。LED驱动电路除了要满足安全要求外,另外的基本功能应有两个方面:

    一是尽可能保持恒流特性,尤其在电源电压发生±15%的变动时,仍应能保持输出电流在±10%的范围内变动。用LED作为显示器或其他照明设备或背光源时,需要对其进行恒流驱动,主要原因是:
    1、避免驱动电流超出最大额定值,影响其可靠性。
    2、获得预期的亮度要求,并保证各个LED亮度、色度的一致性。

    二是驱动电路应保持较低的自身功耗,这样才能使LED的系统效率保持在较高水准。

    PWM(脉宽调制)技术是一种传统的调光方式,它利用简单的数位脉冲,反覆开关LED驱动器,系统只需要提供宽、窄不同的数位式脉冲,即可简单地实现改变输出电流,从而调节LED的亮度。该技术的优点在于能够提供高品质的白光,以及应用简单,效率高,但一个致命的缺点是容易产生电磁干扰,有时甚至会产生人耳能听见的杂讯。

    升压是LED驱动电路的重要任务,而电感升压和电荷泵升压是两种不同的拓扑模式。“由于LED是由电流驱动的,而电感在进行电流转换时效率最高,因此电感升压方式最大的优点就是效率高,如果设计得当可以超过90%;不过它的缺点也同样明显,就是电磁干扰很强,对手机等通信产品的系统要求就非常高。随着电荷泵的出现,目前大多数手机都不再采用电感升压方式。当然,采用电荷泵的升压方式其效率将低于电感升压。

    无论在照明应用还是背光应用领域,提高驱动电路的转换效率都是产品设计者必须面对的问题。提高转换效率,不仅有利于可携式产品延长待机时间,同时也是解决LED散热问题的重要手段。在照明领域,由于使用大功率LED,因此提高转换效率就显得尤为重要。

    LED在工作时需要有稳流、稳压的元件,但是此类元件应具备自身承担的分压高,但功耗要小的特性,否则将使具有较高效率的LED因为驱动电路的工作功耗太大而使总体系统的效率大为降低,有悖于节能高效的宗旨。所以应尽可能不采用电阻或串联稳压电路来作为LED驱动器的限流主电路,而应该采用电容、电感或有源开关电路等高效电路,这样才能保证LED系统的高效率。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围内保持恒定,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高的转换效率下实现电源电压大幅度变化时恒功率输出。

    LED在目前阶段,其光效还远未达到可以取代三基色萤光灯的程度,但是以其独特的长处,可以在安全特地电压(游泳池、划水池内水下灯具、矿灯)条件下高效工作。此外,在直接采用绿色电能(太阳能、风能等) ,以及应急照明方面也有着其独特的优势。尤其在调光方面,LED不仅可实现0~100%的调光,并且可保证在整个调光过程保持较高光效,并且不损害LED的寿命,而气体放电灯则很难做到这一点。

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