關(guān)于LED驅(qū)動器原理,LED電源驅(qū)動的工作原理這個問題很多朋友還不知道,今天小六來為大家解答以上的問題,現(xiàn)在讓我們一起來看看吧!
1、LED驅(qū)動電源原理介紹 下圖為正向壓降(VF)和正向電流的(IF)關(guān)系曲線,由曲線可知,當(dāng)正向電壓超過某個閾值(約2V),即通常所說的導(dǎo)通電壓之后,可近似認(rèn)為,IF與VF成正比。
2、見表是當(dāng)前主要超高亮LED的電氣特性。
3、由表可知,當(dāng)前超高亮LED的最高IF可達(dá)1A,而VF通常為2~4V。
4、 由于LED光特性通常都描述為電流的函數(shù),而不是電壓的函數(shù),光通量(φV)與IF的關(guān)系曲線,因此,采用恒流源驅(qū)動可以更好地控制亮度。
5、此外,LED的正向壓降變化范圍比較大(最大可達(dá)1V以上),而由上圖中的VF-IF曲線可知,VF的微小變化會引起較大的,IF變化,從而引起亮度的較大變化。
6、所以,采用恒壓源驅(qū)動不能保證LED亮度的一致性,并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。
7、因此,超高亮LED通常采用恒流源驅(qū)動。
8、 下圖是 LED的溫度與光通量(φV)關(guān)系曲線,由下圖可知光通量與溫度成反比,85℃時的光通量是25℃時的一半,而一40℃時光輸出是25℃時的1.8倍。
9、溫度的變化對LED的波長也有一定的影響,因此,良好的散熱是LED保持恒定亮度的保證。
10、 下圖是LED的溫度與光通量關(guān)系曲線。
11、 一般LED驅(qū)動電路介紹 由于受到LED功率水平的限制,通常需同時驅(qū)動多個LED以滿足亮度需求,因此,需要專門的驅(qū)動電路來點亮LED。
12、下面簡要介紹LED概念型驅(qū)動電路。
13、 阻限流電路 如下圖所示,電阻限流驅(qū)動電路是最簡單的驅(qū)動電路,限流電阻按下式計算。
14、 式中:Vin為電路的輸入電壓: VF為IED的正向電流; VF為LED在正向電流為,IF時的壓降; VD為防反二極管的壓降(可選); y為每串LED的數(shù)目; x為并聯(lián)LED的串?dāng)?shù)。
15、 由上圖可得LED的線性化數(shù)學(xué)模型為 式中:Vo為單個LED的開通壓降; Rs為單個LED的線性化等效串聯(lián)電阻。
16、則上式限流電阻的計算可寫為 當(dāng)電阻選定后,電阻限流電路的IF與VF的關(guān)系為 由上式可知電阻限流電路簡單,但是,在輸入電壓波動時,通過LED的電流也會跟隨變化,因此調(diào)節(jié)性能差。
17、另外,由于電阻R的接人損失的功率為xRIF,因此效率低。
18、 線性調(diào)節(jié)器介紹 線性調(diào)節(jié)器的核心是利用工作于線性區(qū)的功率三極管或MOSFFET作為一動態(tài)可調(diào)電阻來控制負(fù)載。
19、線性調(diào)節(jié)器有并聯(lián)型和串聯(lián)型兩種。
20、 下圖a所示為并聯(lián)型線性調(diào)節(jié)器又稱為分流調(diào)節(jié)器(圖中僅畫出了一個LED,實際上負(fù)載可以是多個LED串聯(lián),下同),它與LED并聯(lián),當(dāng)輸入電壓增大或者LED減少時,通過分流調(diào)節(jié)器的電流將會增大,這將會增大限流電阻上的壓降,以使通過LED的電流保持恒定。
21、 由于分流調(diào)節(jié)器需要串聯(lián)一個電阻,所以效率不高,并且在輸入電壓變化范圍比較寬的情況下很難做到恒定的調(diào)節(jié)。
22、 下圖b所示為串聯(lián)型調(diào)節(jié)器,當(dāng)輸入電壓增大時,調(diào)節(jié)動態(tài)電阻增大,以保持LED上的電壓(電流)恒定。
23、 由于功率三極管或MOSFET管都有一個飽和導(dǎo)通電壓,因此,輸入的最小電壓必須大于該飽和電壓與負(fù)載電壓之和,電路才能正確地工作。
24、 開關(guān)調(diào)節(jié)器介紹 上述驅(qū)動技術(shù)不但受輸入電壓范圍的限制,而且效率低。
25、在用于低功率的普通LED驅(qū)動時,由于電流只有幾個mA,因此損耗不明顯,當(dāng)用作電流有幾百mA甚至更高的高亮LED的驅(qū)動時,功率電路的損耗就成了比較嚴(yán)重的問題。
26、開關(guān)電源是目前能量變換中效率最高的,可以達(dá)到90%以上。
27、Buek、Boost和 Buck-Boost等功率變換器都可以用于LED的驅(qū)動,只是為了滿足LED驅(qū)動,采用檢測輸出電流而不是檢測輸出電壓進(jìn)行反饋控制。
28、 下圖(a)為采用Buck變換器的LED驅(qū)動電路,與傳統(tǒng)的Buek變換器不同,開關(guān)管S移到電感L的后面,使得S源極接地,從而方便了S的驅(qū)動,LED 與L串聯(lián),而續(xù)流二極管D與該串聯(lián)電路反并聯(lián),該驅(qū)動電路不但簡單而且不需要輸出濾波電容,降低了成本。
29、但是,Buck變換器是降壓變換器,不適用于輸入電壓低或者多個LED串聯(lián)的場合。
30、 上圖(b)為采用Boost變換器的LED驅(qū)動電源,通過電感儲能將輸出電壓泵至比輸入電壓更高的期望值,實現(xiàn)在低輸入電壓下對LED的驅(qū)動。
31、優(yōu)點是這樣的驅(qū)動IC輸出可以并聯(lián)使用,有效的提高單顆LED功率。
32、 上圖(c)為采用Buck—Boost變換器的LED驅(qū)動電路。
33、與Buek電路相似,該電路S的源極可以直接接地,從而方便了S的驅(qū)動。
34、Boost和 Buck-Boosl變換器雖然比Buck變換器多一個電容,但是,它們都可以提升輸出電壓的絕對值,因此,在輸入電壓低,并且需要驅(qū)動多個LED時應(yīng)用較多。
35、 PWM調(diào)光知識介紹 在手機(jī)及其他消費類電子產(chǎn)品中,白光LED越來越多地被使用作為顯示屏的背光源。
36、近來,許多產(chǎn)品設(shè)計者希望白光LED的光亮度在不同的應(yīng)用場合能夠作相應(yīng)的變化。
37、這就意味著,白光LED的驅(qū)動器應(yīng)能夠支持LED光亮度的調(diào)節(jié)功能。
38、目前調(diào)光技術(shù)主要有三種:PWM調(diào)光、模擬調(diào)光、以及數(shù)字調(diào)光。
39、市場上很多驅(qū)動器都能夠支持其中的一種或多種調(diào)光技術(shù)。
40、本文將介紹這三種調(diào)光技術(shù)的各自特點,產(chǎn)品設(shè)計者可以根據(jù)具體的要求選擇相應(yīng)的技術(shù)。
41、 PWM Dimming (脈寬調(diào)制) 調(diào)光方式——這是一種利用簡單的數(shù)字脈沖,反復(fù)開關(guān)白光LED驅(qū)動器的調(diào)光技術(shù)。
42、應(yīng)用者的系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖,即可簡單地實現(xiàn)改變輸出電流,從而調(diào)節(jié)白光LED的亮度。
43、PWM 調(diào)光的優(yōu)點在于能夠提供高質(zhì)量的白光,以及應(yīng)用簡單,效率高!例如在手機(jī)的系統(tǒng)中,利用一個專用PWM接口可以簡單的產(chǎn)生任意占空比的脈沖信號,該信號通過一個電阻,連接到驅(qū)動器的EN接口。
44、多數(shù)廠商的驅(qū)動器都支持PWM調(diào)光。
45、 但是,PWM 調(diào)光有其劣勢。
46、主要反映在:PWM調(diào)光很容易使得白光LED的驅(qū)動電路產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲(audible noise,或者microphonic noise)。
47、這個噪聲是如何產(chǎn)生?通常白光LED驅(qū)動器都屬于開關(guān)電源器件(buck、boost 、charge pump等),其開關(guān)頻率都在1MHz左右,因此在驅(qū)動器的典型應(yīng)用中是不會產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。
48、但是當(dāng)驅(qū)動器進(jìn)行PWM調(diào)光的時候,如果PWM信號的頻率正好落在200Hz到20kHz之間,白光LED驅(qū)動器周圍的電感和輸出電容就會產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。
49、所以設(shè)計時要避免使用20kHz以下低頻段。
50、 我們都知道,一個低頻的開關(guān)信號作用于普通的繞線電感(wire winding coil),會使得電感中的線圈之間互相產(chǎn)生機(jī)械振動,該機(jī)械振動的頻率正好落在上述頻率,電感發(fā)出的噪音就能夠被人耳聽見。
51、電感產(chǎn)生了一部分噪聲,另一部分來自輸出電容。
52、現(xiàn)在越來越多的手機(jī)設(shè)計者采用陶瓷電容作為驅(qū)動器的輸出電容。
53、陶瓷電容具有壓電特性,這就意味著:當(dāng)一個低頻電壓紋波信號作用于輸出電容,電容就會發(fā)出吱吱的蜂鳴聲。
54、當(dāng)PWM信號為低時,白光LED驅(qū)動器停止工作,輸出電容通過白光LED和下端的電阻進(jìn)行放電。
55、因此在PWM調(diào)光時,輸出電容不可避免的產(chǎn)生很大的紋波。
56、總之,為了避免PWM調(diào)光時可聽得見的噪聲,白光LED驅(qū)動器應(yīng)該能夠提供超出人耳可聽見范圍的調(diào)光頻率! 相對于PWM調(diào)光,如果能夠改變RS的電阻值,同樣能夠改變流過白光LED的電流,從而變化LED的光亮度。
57、我們稱這種技術(shù)為模擬調(diào)光。
58、 模擬調(diào)光最大的優(yōu)勢是它避免了由于調(diào)光時所產(chǎn)生的噪聲。
59、在采用模擬調(diào)光的技術(shù)時,LED的正向?qū)▔航禃S著LED電流的減小而降低,使得白光LED的能耗也有所降低。
60、但是區(qū)別于PWM調(diào)光技術(shù),在模擬調(diào)光時白光LED驅(qū)動器始終處于工作模式,并且驅(qū)動器的電能轉(zhuǎn)換效率隨著輸出電流減小而急速下降。
61、所以,采用模擬調(diào)光技術(shù)往往會增大整個系統(tǒng)的能耗。
62、模擬調(diào)光技術(shù)還有個缺點在于發(fā)光質(zhì)量。
63、由于它直接改變白光LED的電流,使得白光LED的白光質(zhì)量也發(fā)生了變化! 除了PWM調(diào)光,模擬調(diào)光,目前有些產(chǎn)商的驅(qū)動器支持?jǐn)?shù)字調(diào)光。
64、具備數(shù)字調(diào)光技術(shù)的白光LED驅(qū)動器會有相應(yīng)的數(shù)字接口。
65、該數(shù)字接口可以是SMB、I2C、或者是單線式數(shù)字接口。
66、系統(tǒng)設(shè)計者只要根據(jù)具體的通信協(xié)議,給驅(qū)動器一串?dāng)?shù)字信號,就可以使得白光LED的光亮發(fā)生變化。
本文分享完畢,希望對大家有所幫助。
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