【正文】 ED的正向電壓將依據(jù)電源的工作狀況而變化，白光LED電流與正向電壓關(guān)系見(jiàn)表43。表43 白光LED電流與正向電壓關(guān)系電流（mA）最小電壓VMIN（V）典型電壓（V）最高電壓VMAX（V）2003507001000目前LED均采用直流驅(qū)動(dòng)，因此LED需要一個(gè)電源適配器，即LED驅(qū)動(dòng)電源。在設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)的用電規(guī)則和LED的驅(qū)動(dòng)特性要求，選擇和設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電源。1．白光LED對(duì)驅(qū)動(dòng)器的要求[31][32][33] [34][35]驅(qū)動(dòng)器可以看作是向白光LED供電的特殊電源，～，并根據(jù)要求驅(qū)動(dòng)串聯(lián)、并聯(lián)或多個(gè)白光LED，滿足驅(qū)動(dòng)電流的要求，對(duì)驅(qū)動(dòng)器的主要要求如下：(1)為滿足便攜式產(chǎn)品的低壓供電，驅(qū)動(dòng)器應(yīng)該具有升降壓功能，以滿足1～3節(jié)充電電池或1節(jié)鋰電池供電的要求，并要求能工作到電池終止放電電壓為止。(2)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)有高的功率轉(zhuǎn)換效率，以提高電池的壽命或兩次充電之間的時(shí)間間隔。目前高的功率轉(zhuǎn)換效率可達(dá)80％～90％，一般可達(dá)60％～80％。(3)在多個(gè)白光LED并聯(lián)使用時(shí)，要求各白光LED的電流相匹配，使亮度均勻。(4)功耗低，靜態(tài)電流小，并且有關(guān)閉控制功能，在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)一般靜態(tài)電流應(yīng)小于1mA。(5)白光LED的最大電流ILED可設(shè)定，使用過(guò)程中可調(diào)節(jié)白光LED的亮度（亮度調(diào)節(jié)）。(6)有完善的保護(hù)電路，如低壓鎖存、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、輸出開(kāi)路或保護(hù)。(7)小尺寸封裝，并要求外圍組件少而小，使所占印制板面積小。(8)對(duì)其它電路的干擾影響小。(9)使用方便，價(jià)位低。2．LED驅(qū)動(dòng)電源的分類從供電電壓的高低可以將驅(qū)動(dòng)器分成3類：升壓式DC/DC變換器或升壓式(或升降壓式)電荷泵變換器；降壓式或升降壓式DC/DC變換器；降壓式DC/DC變換器?？捎米靼坠釲ED驅(qū)動(dòng)電源的集成器件品種較多，大致可分為：恒流源、電荷泵、開(kāi)關(guān)電源三種。3．LED的連接方式在大多數(shù)應(yīng)用中，白光LED驅(qū)動(dòng)器通過(guò)并聯(lián)或串聯(lián)方式連接在一起，但在個(gè)別情況也可采用混合的串、并聯(lián)配置方式。對(duì)LED進(jìn)行連接時(shí)采用串聯(lián)、并聯(lián)或混聯(lián)的方式取決于應(yīng)用的需要，每種配置方案都有本身的優(yōu)點(diǎn)和不足之處。4．LED驅(qū)動(dòng)方法用原始電源給LED供電有4種情況：低電壓驅(qū)動(dòng)、過(guò)渡電壓驅(qū)動(dòng)、高電壓驅(qū)動(dòng)、市電驅(qū)動(dòng)。不同的情況在電源變換技術(shù)實(shí)現(xiàn)上有不同的方案。5．白光LED驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)具有的要素直流控制；高可靠性；高效率；長(zhǎng)壽命；過(guò)壓保護(hù)；負(fù)載斷開(kāi)；簡(jiǎn)便易用；小尺寸。 白光LED恒流驅(qū)動(dòng)電路LED實(shí)際上是一個(gè)電流驅(qū)動(dòng)的低電壓?jiǎn)蜗驅(qū)щ娖骷oLED供電的電源必須注意以下事項(xiàng)：(1) LED是單向?qū)щ娖骷?，因此需要用直流電流或單向脈沖電流給LED供電。(2) LED是一個(gè)具有PN結(jié)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，具有勢(shì)壘電勢(shì)，這就形成了導(dǎo)通門限電壓，加在LED上的電壓超過(guò)這個(gè)門限電壓時(shí)LED才會(huì)充分導(dǎo)通。，正常工作時(shí)的管壓降為3~4V。(3) LED的IV特性是非線性的，流過(guò)LED的電流在數(shù)值上等于供電電源的電動(dòng)勢(shì)減去LED的勢(shì)壘電勢(shì)后再除以回路的總電阻（電源內(nèi)阻、引線電阻和LED體電阻之和）。因此，流過(guò)LED的電流和加在LED兩端的電壓不成正比。(4) LED的PN 結(jié)的溫度系數(shù)為負(fù)，溫度升高時(shí)LED的勢(shì)壘電勢(shì)降低。由于這個(gè)特點(diǎn)，所以LED 不能直接用電壓源供電，必須采用限流措施，否則隨著LED工作時(shí)溫度的升高，電流會(huì)越來(lái)越大，以至損壞LED。(5) 流過(guò)LED的電流和LED 的光通量的比值也是非線性的。LED的光通量隨著流過(guò)LED的電流的增加而增加，但不成正比，越到后來(lái)光通量增加得越少。因此，應(yīng)該使LED在一個(gè)發(fā)光效率比較高的電流值下工作。因此，LED驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有直流控制、高效率、PWM調(diào)光、過(guò)壓保護(hù)、負(fù)載斷開(kāi)、小尺寸以及簡(jiǎn)便易用等特點(diǎn)。(1)直流控制LED是電流驅(qū)動(dòng)器件，其亮度與正向電流呈正比關(guān)系。有以下兩種方法可以控制LED正向電流：一種方法是采用電壓源驅(qū)動(dòng)LED。這種驅(qū)動(dòng)方式最大不足就是LED正向電壓很小的變化都會(huì)導(dǎo)致LED很大的變化。另外，在輸入電壓一定的情況下，鎮(zhèn)流電阻的壓降和功耗都會(huì)影響整體的效率。另一種方法是采用恒流源驅(qū)動(dòng)LED，這是首選的LED驅(qū)動(dòng)方式。采用恒流源驅(qū)動(dòng)可以保證無(wú)論正向電壓如何變化，都可產(chǎn)生恒定的LED亮度。(2)高效率當(dāng)今社會(huì)強(qiáng)調(diào)節(jié)能環(huán)保，電源的高效率已成為一個(gè)重要的研究方面，同時(shí)效率的提高可以減少系統(tǒng)發(fā)熱量，降低工作溫度，延長(zhǎng)LED壽命。LED驅(qū)動(dòng)器的效率測(cè)量與典型電源的效率測(cè)量不同。典型電源效率的定義是輸出功率除以輸入功率。而對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)器來(lái)說(shuō)，輸出功率并非相關(guān)參數(shù)，重要的是產(chǎn)生預(yù)期LED亮度所需要的輸入功率值。這可以簡(jiǎn)單的通過(guò)LED功率除以輸入功率來(lái)確定。這樣定義效率的話，電流檢測(cè)電阻中的功率會(huì)導(dǎo)致電源功率耗散。因此在保證LED亮度的情況下，較低的電源電壓可以提高效率。(3)PWM調(diào)光作為顯示用背光模組，不僅需要得到較高的亮度和穩(wěn)定度，還要考慮到色度方面的要求。這就需要能對(duì)RGB三原色進(jìn)行精確的調(diào)整，LED驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具有良好的調(diào)光能力?？刹捎脙煞N調(diào)光方法：模擬調(diào)光與脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）調(diào)光。模擬調(diào)光即通過(guò)改變恒流驅(qū)動(dòng)的輸出電流峰值大小控制LED亮度，這種方法的缺點(diǎn)是會(huì)出現(xiàn)LED光譜偏移，并且需要采用模擬控制信號(hào)，因此使用率一般不高。PWM調(diào)光通過(guò)改變輸出電流的占空比來(lái)控制LED亮度，不會(huì)造成LED光譜的偏移。為確保人的肉眼感覺(jué)不到PWM脈沖所造成的LED明滅變化，PWM信號(hào)的頻率必須高于100Hz，最大PWM頻率取決于電源啟動(dòng)及反應(yīng)時(shí)間。一般LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)能夠接受高達(dá)50kHz的PWM頻率。(4)安全保護(hù)要提高電路的可靠性，電路必須要有過(guò)壓、過(guò)流等保護(hù)電路，不能因?yàn)殡娐饭收隙斐蒐ED的損壞。在恒流模式下工作的電源需要采用過(guò)壓保護(hù)功能。無(wú)論負(fù)載為多少，恒流驅(qū)動(dòng)器都可以產(chǎn)生恒定的輸出電流。如果負(fù)載電阻增大，驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓也必須隨之增大。如果驅(qū)動(dòng)器檢測(cè)到過(guò)大的負(fù)載電阻，或者負(fù)載斷開(kāi)，輸出電壓可能超出IC或其他分立元件的額定電壓范圍，這就需要過(guò)壓保護(hù)功能。而LED是電流驅(qū)動(dòng)器件，過(guò)大的電流會(huì)直接損壞LED，因此必須要有過(guò)流保護(hù)電路。就系統(tǒng)設(shè)計(jì)而言，在設(shè)計(jì)LED恒流驅(qū)動(dòng)電路時(shí)首先要了解LED的恒流參數(shù)。目前LED芯片的制造商很多，國(guó)內(nèi)外LED的差異主要在于相同電參數(shù)的情況下，發(fā)光流明數(shù)可能不同，因此設(shè)計(jì)中要清楚地認(rèn)識(shí)到LED功率并不是決定發(fā)光效率的唯一參數(shù)。例如，同樣是1W的LED，有的LED可以達(dá)到40lm的亮度，而有的只能達(dá)到20lm的亮度，這是因?yàn)長(zhǎng)ED光學(xué)效率還取決于材料和制作工藝等諸多環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)中若為了提高發(fā)光效率而采取加大LED驅(qū)動(dòng)電流的辦法，如對(duì)于同一只1W的LED，加大驅(qū)動(dòng)電流后，亮度可以從20lm提高到40lm，但是LED的工作溫度也相應(yīng)升高了。一旦溫度超過(guò)LED的限溫點(diǎn)，就會(huì)影響LED的壽命和可靠性，這是設(shè)計(jì)恒流驅(qū)動(dòng)過(guò)程中需要注意的問(wèn)題。此外，LED照明系統(tǒng)的光學(xué)效率不僅取決于LED恒流驅(qū)動(dòng)方案，還與整個(gè)系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)密切相關(guān)。為縮小體積，將LED驅(qū)動(dòng)電路與散熱部分貼近設(shè)計(jì)，這樣容易影響可靠性。一般來(lái)說(shuō)，LED照明系統(tǒng)的熱源基本就是LED本身，熱源太集中會(huì)產(chǎn)生熱損耗，因此LED驅(qū)動(dòng)電路不能與散熱系統(tǒng)緊貼在一起[36]。應(yīng)采取下列散熱措施：(1)LED采用鋁基板散熱；(2)功率器件均勻布局；(3)盡可能避免將LED驅(qū)動(dòng)電路與散熱部分貼近設(shè)計(jì)；(4)抑制封裝至印制電路基板的熱阻抗；(5)提高LED芯片的散熱順暢性以降低熱阻抗。HV991X是款靈活簡(jiǎn)單的LED驅(qū)動(dòng)器IC，效率不超過(guò)93%，可減少相關(guān)組件的數(shù)量，從而降低了系統(tǒng)成本。HV9910可將8～450V DC電壓源轉(zhuǎn)換為一個(gè)恒流源，從而為串聯(lián)或并聯(lián)的大功率LED提供電源。HV991X應(yīng)用恒定頻率峰值電流控制的脈寬調(diào)制（PWM）方法，采用了一個(gè)小電感和一個(gè)外部開(kāi)關(guān)來(lái)最小化LED驅(qū)動(dòng)器的損耗。不同于傳統(tǒng)的PWM控制方法，該驅(qū)動(dòng)器使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)控制來(lái)調(diào)整LED的電流，因而簡(jiǎn)化了控制電路的設(shè)計(jì)。該驅(qū)動(dòng)器具有內(nèi)置的降低亮度控制，能協(xié)同外部范圍在0%～100%的PWM信號(hào)工作，也可以利用外接線性可調(diào)電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)LED亮度控制。HV9911引腳排列如圖41所示。圖41 HV9911引腳排列圖IC內(nèi)部提供穩(wěn)壓電路輸入電壓為9～250V，若需要提供輸入電壓范圍，可外接一個(gè)200V的ZW接于輸入電壓與IC的VIN端之間，這可使得輸入電壓范圍提升至450V DC，也可以使IC內(nèi)部穩(wěn)壓電路所產(chǎn)生的功率損耗分散一部分在Zener Diode上。IC的VDD端工作電壓也可提高，由一個(gè)二極管連接至外部電壓，此二極管的作用是避免將外部電壓若低于IC內(nèi)部穩(wěn)壓電路的輸出電壓時(shí)照成IC的損壞，最大的外接靜態(tài)穩(wěn)定電壓為12V（），因此11V177。5%的電壓源始理想的外部提升電壓值。%、2%精密參考電壓，這參考電壓可用來(lái)設(shè)定電流參考值，以及輸入電流限制值，此參考電壓也同時(shí)提供IC內(nèi)部設(shè)定過(guò)電壓保護(hù)。振蕩電路可經(jīng)由外部電阻設(shè)定振蕩頻率，此電阻跨接于RT及GND端之間，則IC工作于定頻模式，另外，若電阻跨接于RT與GATE端間，則IC工作于固定關(guān)閉時(shí)間模式（此模式不需要斜率補(bǔ)償控制使電路穩(wěn)定）。～40ms之間。IC在定頻工作模式下，將所有SYNC端連接在一起，多個(gè)IC可工作在單一頻率。少數(shù)應(yīng)用必須外加一個(gè)大電阻于SYNC到GND端之間，用來(lái)抑制雜散電容所造成的振鈴，當(dāng)所有SYNC連接在一起時(shí)，應(yīng)使用相同電阻值跨接于每一個(gè)IC的RT與GND端之間。閉環(huán)回路控制的構(gòu)成是連接輸出電流信號(hào)至FDBK端，同時(shí)將電流參考連接至IREF端，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)連接至COMP端（傳導(dǎo)運(yùn)算放大器的輸出端）。放大器的輸出受PWM調(diào)光信號(hào)控制，當(dāng)PWM調(diào)光信號(hào)為高時(shí)，放大器的輸出端連接至補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)PWM調(diào)光信號(hào)為低時(shí)，放大器的輸出端與補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)被切斷，因此補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電容電壓可維持到PWM調(diào)光信號(hào)再度回復(fù)高位時(shí)，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)才又連接放大器的輸出端，這樣可確保電路正常工作以及獲得非常好的PWM調(diào)光反應(yīng)，而不需要設(shè)計(jì)一個(gè)快遞的控制電路。信號(hào)可用于驅(qū)動(dòng)外部連接的FET，IC激活時(shí)，信號(hào)維持低點(diǎn)位，IC激活過(guò)后，此端被拉高，這使得外電路的LED與升壓電路連接，并使LED發(fā)光。假如輸出端有過(guò)電壓或短路情形發(fā)生，內(nèi)部電路會(huì)將信號(hào)拉低，并使LED與升壓電路斷開(kāi)。斷開(kāi)LED與升壓電路的連接，可確保輸出電容不會(huì)隨著PWM調(diào)光信號(hào)的周期而充放電。PWM調(diào)光信號(hào)到信號(hào)與保護(hù)電路的輸出以AND方式連接，以確保保護(hù)電路動(dòng)作時(shí)能夠覆蓋PWM調(diào)光控制的輸入。信號(hào)也受控于PWM調(diào)光控制信號(hào)，PWM調(diào)光信號(hào)為低時(shí)，信號(hào)也為低，但當(dāng)PWM調(diào)光信號(hào)為高時(shí)，信號(hào)卻不一定為高。輸出短路保護(hù)的動(dòng)作原理是，當(dāng)檢測(cè)輸出電流大于2倍參考電流設(shè)定值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。過(guò)電壓保護(hù)的動(dòng)作原理是，保護(hù)動(dòng)作。兩個(gè)信號(hào)被送至一個(gè)OR再送到保護(hù)鎖定電路。當(dāng)有任一保護(hù)動(dòng)作發(fā)生時(shí)，保護(hù)鎖定電路會(huì)將GATE及同時(shí)關(guān)掉。一旦有保護(hù)動(dòng)作發(fā)生時(shí)，必須將電源重啟，才能使保護(hù)鎖定電路恢復(fù)重置。而在IC激活時(shí)需要注意一下兩點(diǎn)：(1)當(dāng)VDD與PWMD連接在一起，通過(guò)電路上的輸入電壓的連接或斷開(kāi)來(lái)激活時(shí)，而VDD上所連接的電容值需小于1181。F以確?？煽康丶せ領(lǐng)C。(2)若電路使用外部信號(hào)激活或關(guān)閉，而輸入電壓一直保持常開(kāi)啟時(shí)，則IREF及VDD所使用的電容值可增加。調(diào)整IREF端的電壓值可實(shí)現(xiàn)輸出電流的線性調(diào)整，其方法是采用可變電阻、分壓電阻網(wǎng)絡(luò)或外部提供參考電壓連接至IREF端。但是，一旦IREF端的電壓低到非常小時(shí)，IC的短路電流保護(hù)比較器的誤差電壓（OFFSET）可能會(huì)造成短路保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)作，這時(shí)必須將IC電源關(guān)掉重啟，重新激活電路，為了避免此誤動(dòng)作，IREF端的最低電壓為20～30mV。HV9910內(nèi)部的PWM調(diào)光功能能夠達(dá)到非?？焖俚恼{(diào)光響應(yīng)，克服了傳統(tǒng)升壓電路不能實(shí)現(xiàn)非常快速PWM調(diào)光的缺點(diǎn)。PWMD控制的IC內(nèi)部三個(gè)點(diǎn)：(1)GATE信號(hào)到開(kāi)光FET。(2)信號(hào)到斷開(kāi)FET。(3)運(yùn)算放大器到補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的輸出端。當(dāng)PWMD信號(hào)為高時(shí)，GATE信號(hào)與可以工作，同時(shí)運(yùn)算放大器的輸出端連接到補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，這使得升壓電路可以正常工作。當(dāng)PWMD信號(hào)為低時(shí)，GATE信號(hào)與被停止工作，能量無(wú)法從輸入端轉(zhuǎn)移到輸出端，但是，為避免輸出電容放電到LED而造成LED電流下降時(shí)間被拉長(zhǎng)，這個(gè)放電電容同時(shí)也會(huì)使得電路重新連接工作時(shí)，LED電流的上升時(shí)間會(huì)被拉長(zhǎng)。因此，避免輸出電容的放電是相當(dāng)重要的。IC輸出信號(hào)斷開(kāi)FET，使得LED的電流幾乎立刻的下降到零電流，因此輸出電容并沒(méi)有被放電，所以當(dāng)PWMD信號(hào)回復(fù)高位時(shí)輸出電容不需要額外的充電電流，這使得上升時(shí)間非?？焖佟．?dāng)PWMD信號(hào)為低時(shí)，輸出電流降至零，這使得相當(dāng)大的誤差信號(hào)至反饋至放大器的輸入端，會(huì)造成補(bǔ)償回路電容器上的電壓上升至最高電位。因此當(dāng)PWMD信號(hào)回到高時(shí)，過(guò)高的補(bǔ)償回路電壓會(huì)控制電感峰值電流，而造成相當(dāng)大的輸出涌浪電流發(fā)生在LED上。這樣大的LED電流會(huì)使穩(wěn)定時(shí)間被延長(zhǎng)，當(dāng)PWMD信號(hào)為低時(shí)，斷開(kāi)運(yùn)算放大器與補(bǔ)償回路是有助于維持補(bǔ)償回路的電壓不被改變。因此當(dāng)PWMD信號(hào)回到高時(shí)，電路立刻回復(fù)穩(wěn)定而不會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的LED電流。HV9911驅(qū)動(dòng)LED典型應(yīng)用電路如圖47所示，VIN與GND之間提供21V～27V的輸入電壓。BOOST拓?fù)潆娐诽峁?0V最高輸出電壓?？沈?qū)動(dòng)InGaN氮化銦鎵LED的數(shù)目為20只。如果不使用PWM，需要連接VDD來(lái)啟動(dòng)LED驅(qū)動(dòng)器[37]。在直流變換器中有幾種常用的基本變換器拓?fù)?，它們是BUCK型、BOOST型、BUCKBOOST型，此外還有SEPIC型和ZETA型等變換器。BUCK降壓型變換器可以在提供恒定電流的情況下保證很高的效率，能提供范圍很寬的輸入電壓和輸出電壓，而且設(shè)計(jì)反饋控制電路也相對(duì)簡(jiǎn)單。BUCK型變換器可以很容易的使工作效率超過(guò)90%，非常適合驅(qū)動(dòng)高亮LED。