【正文】 電壓，并同時完成與LED的電壓和電流的匹配。LED的正向伏安特性如圖11所示：圖11LED正向伏安特性所以，LED伏安特性的數(shù)字模型可用下式表示 VF=Vturnon+RsIF+（ΔVF/ΔT）（T25℃）其中，Vturnon 是LED的啟動電壓  Rs 表示伏安曲線的斜率  T 環(huán)境溫度  ΔVF/ΔT是LED正向電壓的溫度系數(shù)，對于多數(shù)LED而言典型值為2V/℃從LED的伏安曲線及數(shù)字模型看，LED在正向導通后其正向電壓的細小變動將引起LED電流的很大變化，并且，環(huán)境溫度，LED老化時間等因素也將改變影響LED的電氣性能。而LED的光輸出直接與LED電流相關，所以LED驅動電路在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動的情況下最好能控制LED電流的大小。否則，LED的光輸出將隨輸入電壓和溫度等因素變化而變化，并且，若LED電流失控，LED長期工作在大電流下將影響LED的可靠性和壽命，并有可能失效。 2 課題研究背景與意義目前，LED照明的應用主要集中在兩個方向上，一個是低亮度應用場合，包括手機、PDA等小型便攜式電子產(chǎn)品的背光照明，電子儀表的照明等。另一個是需要高亮度照明的應用場合，包括大平面液晶的背光照明、汽車用照明、家用及戶外照明等，對于這種大功率的照明應用場合，LED在功耗和壽命上面的優(yōu)勢很明顯。近兩年來，很多公司為解決研發(fā)LED燈的需要，廣開思路對各種可能有使用價值的LED驅動電路。在能源和環(huán)境問題日趨嚴重的今天，以高效、節(jié)能、環(huán)保以及長壽命為主要特點的大功率照明LED獲得了人們的重視。隨著其性能的提高以及生產(chǎn)成本的下降，大功率照明LED將逐步取代白熾燈和熒光燈，引發(fā)人類照明史上又一次革命。與此同時，大功率照明LED驅動集成電路的開發(fā)也由于功率LED應用的逐漸普及得到了長足的發(fā)展。3設計思路及方案 LED驅動的探討　　 直流控制 LED是由電流驅動的器件，其亮度與正向電流呈比例關系。有兩種方法可以控制正向電流。第一種方法是采用LED VI曲線來確定產(chǎn)生預期正向電流所需要向LED施加的電壓。第二種方法也是首選的LED電流調整方法是利用恒流電源來驅動LED。恒流電源可消除正向電壓變化所導致的電流變化。因此可產(chǎn)生恒定的LED亮度，無論 正向電流如何變化。產(chǎn)生恒流電源很容易。只需要調整通過電流檢測電阻器的電壓，而不用調整電源的輸出電壓。圖32說明了這種方法。電源參考電壓和電流檢測電 阻器值決定了LED電流。在驅動多個LED時，只需把它們串聯(lián)就可以在每個LED中實現(xiàn)恒定電流。驅動并聯(lián)LED需要在每個LED串中放置一個鎮(zhèn)流電阻， 這會導致效率降低和電流失配。圖32：驅動LED的恒流電源 高效率便攜式應用中電池使用壽命是至關重要的。LED驅動器如果實用，就必須具備高效性。LED驅動器的效率測量與典型電源的效率測量不同。典型電源效率測量的 定義是輸出功率除以輸入功率。而對于LED驅動器來說，輸出功率并非相關參數(shù)。重要的是產(chǎn)生預期LED亮度所需要的輸入功率值。這可以簡單地通過使LED 功率除以輸入功率來確定。請注意：如果這樣定義效率的話，則電流檢測電阻器中的功耗會導致電源功率耗散。通過圖33所示的公式，我們可以看出較小的電流傳感 電壓會產(chǎn)生較高效率的LED驅動器。，二者的效率提高情況。較低的電流傳感電壓電源 更為有效，無論輸入電壓或LED電流如何，只要其他條件相同，較低的參考電壓都可以提高效率并延長電池的使用壽命。 圖33：LED驅動器效率顯示了電流檢測電阻器損耗的重要性 圖34：低電流傳感電壓更有效 PWM調光許多便攜式LED應用都需要進行光度調節(jié)。在LCD背光等應用中，調光功能可提供亮度及對比度調節(jié)。我們可采用兩種調光方法：模擬與 PWM。利用模擬調光，通過向LED施加50％的最大電流可實現(xiàn)50％的亮度。這種方法缺點會出現(xiàn)LED顏色偏移并且需要采用模擬控制信號，因此使用率一般不高。以更低忙閑度向LED施加滿電流可實現(xiàn)PWM調光。在50％忙閑度施加滿電流可達到50％亮度。為確保人的肉眼看不到PWM脈沖，PWM信號 的頻率必須高于100Hz。最大PWM頻率取決于電源啟動與響應時間。為提供最大的靈活性以及集成簡易性，LED驅動器應能夠接受高達50kHz的PWM 頻率。 過壓保護 在恒流模式中操作電源需要采用過壓保護功能。無論負載為多少，恒流電源都可產(chǎn)生恒定輸出電流。如果負載電阻增大，電源的輸出電壓也必須隨之增大。這就是電 源保持恒流輸出的方法。如果電源檢測到過大的負載電阻，或者負載斷開的話，輸出電壓可提高到超出IC或其他分立電路元件的額定電壓范圍。恒流 LED驅動器可采用多種過壓保護方法。其中一個方法是使齊納二極管與LED并聯(lián)。這種方法可以將輸出電壓限制到齊納擊穿電壓和電源的參考電壓。在過壓條件 下，輸出電壓會提高到齊納擊穿點并開始傳導。輸出電流會通過齊納二極管，然后通過電流檢測電阻器接地。在齊納二極管限制最大輸出情況下電源可連續(xù)產(chǎn)生恒定 的輸出電流。更佳的過壓保護方法是監(jiān)控輸出電壓并在達到過壓分界點時關閉電源。如果出現(xiàn)故障，在過壓條件下關斷電源可降低功耗并延長電池使用壽命。LED驅動電源中一個經(jīng)常被忽視的功能是負載斷開。在電源失效時負載斷開功能可以把LED從電源斷開。這種功能在下列兩種情況下至關重要，即斷電和PWM 調光。如圖2所示，在升壓轉換器斷電期間，負載仍然通過電感器和捕獲二極管與輸入電壓連接。由于輸入電壓仍然與LED連接，即使電源已經(jīng)失效，就會繼續(xù)產(chǎn) 生一個小電流。即使很小的泄漏電流也會在很長的空閑期間極大縮短電池壽命。負載斷開在PWM調光時也很重要。在PWM空閑期間，電源已經(jīng)失效，但是輸出電 容器仍然與LED連接。如果沒有負載斷開功能，輸出電容器會通過LED放電，直到PWM脈沖再次打開電源。由于電容器在每個PWM循環(huán)開始都部分放電，一 次電源必須在每個PWM循環(huán)開始時給輸出電容器充電。因此會在每個PWM循環(huán)產(chǎn)生突入電流脈沖。突入電流會降低系統(tǒng)效率并在輸入總線上產(chǎn)生瞬時電壓。而如 果具有負載斷開功能，LED就會從電路斷開，這樣，在電源失效時就不會存在泄漏電流，而且在PWM調光循環(huán)之間輸出電容器都是充滿的。實施負載斷開電路時 最好在LED和電流傳感電阻器之間放置一個MOSFET。在電流傳感電阻器和接地之間放置MOSFET會產(chǎn)生一個附加壓降，其在輸出電流設定點會把自身顯 示為一個差錯。 簡便易用簡便易用是相對而言的。在評估電路的簡便易用性時，不但必須考慮初始設計的復雜性，而且還必須要考慮在未來進行快速修改并把電路用于其他有不同輸入或輸出要求的程序時需要做的工作。 小尺寸小尺寸是便攜式電路的一個重要特性。電路元件的尺寸受切換頻率因素的影響。高切換頻率允許采用小型無源元件。用于便攜應用的現(xiàn)代 LED驅動器應能夠以高達1MHz頻率切換。由于切換頻率并不能明顯縮小電路尺寸，而且較高的切換損耗會降低效率和縮短電池壽命，所以建議切換頻率一般不超過1MHz。把各種功能集成到控制IC是實現(xiàn)小型驅動解決方案的一個最重要的因素。如果上述所有功能都通過分離的元件實現(xiàn)的話，它們所需要的電路板空間 將超出電源自身占用的空間。把它們集成到控制IC可大大縮小整體驅動器尺寸。功能集成的第二個同樣重要優(yōu)勢是可以降低解決方案總成本。 本設計的方案 開關電源技術目前市場上的LED驅動器主要可以分為并聯(lián)驅動和串聯(lián)驅動兩種，并聯(lián)驅動方式需要電荷泵控制IC，由于并聯(lián)驅動，不需要很高的輸出電壓，但需采用額外的電路確保各LED電流誤差在一定范圍內(nèi)。串聯(lián)驅動方式需要開關電源進行電壓變換，需引入電感，串聯(lián)方式保證了 LED 亮度的完全一致。本論文設計的白光LED驅動器就將采用開關電源升壓，驅動串聯(lián)白光LED。用半導體功率器件作為開關，將一種電源形態(tài)轉變成為另一形態(tài)的主電路都可以叫做開關變換器