LED驱动电源

介绍了LED的工作原理和电源驱动方面的电路

LED驱动电源技术

主讲人：袁臣虎 2012年8月31日

介绍了LED的工作原理和电源驱动方面的电路

主要内容

1.LED电气特性 2.LED驱动电源 3.线性电源与开关电源 4.开关电源电路拓扑 5.典型LED开关驱动电源天津工业大学电气工程与自动化学院

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1.LED电气特性

1).LED的PN结

LED的内部结构与二极管一样，由PN结构成，具有单向 导电性，当PN结两侧的电势差达到PN结的是势垒电压时， PN就会导电。但构成普通二极管硅材料并不适合用作LED 材料，因为硅材料形成的PN结能量势垒太低(约0.7V)。

P

N普通二极管

P

N发光二极管

单向导电天津工业大学电气工程与自动化学院

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1.LED电气特性

红光LED

GaAsP 磷砷化镓 用作指示灯

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1.LED电气特性

黄光LED

绿光LED

2).LED的发光特点 ①.LED的发光光谱很窄，仅20nm宽，颜色很纯。 ②.LED的发光亮度和波长受电流影响，电流加倍可以使亮度 加倍，可用PWM(脉宽调制)。天津工业大学电气工程与自动化学院

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1.LED电气特性

3).LED的等效电路 LED可以看成是恒压负载。它的压降取决于内部光子发射 所需跃过的能量势垒。但半导体并非完美的导体，其中存在 与恒压负载串联的等效电阻(ESR)。

PLED

N

ESR

LED等效电路

ESR大小可以用正导通压降的增加值除以流经电流的 增加值来求取。天津工业大学电气工程与自动化学院

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1.LED电气特性

ESR与LED的电流等级大致成反比。 低功率20mA电流等级 1W 350mA电流等级 二极管串联ESR来代替。 ESR约为20Ω。 ESR约为1~2Ω。

LED驱动电源的早期测试阶段，考虑到成本，可用稳压

如 5W/3.9V的稳压二极管可用来代替白光LED作为负载天津工业大学电气工程与自动化学院

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1.LED电气特性

4).LED导通压降

①颜色与LED导通压降的关系

If

红色 黄色绿色 蓝色

Vf1红色 Vf=2V 蓝色

VfVf=3.5V

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1.LED电气特性

②电流与LED导通压降的关系LED导通压降随着导通电流的增大而增大，但不能无限增大。

③LED导通压降不具有一致性。LED导通压降的偏差很大。

如 单颗1W 的Luxeon Star型白光的正向导通压降典型值为Vf,typ=3.42V,但实际值中最小的仅2.79V,最大的达3.99V。正向 导通压降的偏差值高达15%以上。

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2.LED驱动电源

1).电压源驱动

①电压源特性a.理想电压源特性I

输出电压恒定，输出电流由 外电路负载决定，输出功率 可以无穷大。但不允许短路，V

违背了基尔霍夫电压定律(KVL)。

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2.LED驱动电源

b.实际电压源特性I Ih超载区

稳定区

V

输出电压在一定输出电流范围内恒定，输出电流由外电路负载 决定，输出功率由

输出电压和输出电流乘积决定。不允许短路， 否则会烧坏！但是一般电压源均有限流和短路保护电路。

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2.LED驱动电源

②LED电压源驱动 用恒压电源来驱动恒压负载是非常困难的。因为电源 输出电压和负载电压的差为ESR的压降，而ESR的值通 常很小，所以ESR上的压降也很小。电源输出电压和负 载电压的轻微变化就会导致ESR电流变化很大。If斜率 dV/di=ESR

I MIN I MAX Vf

VSOURCE _ MIN VF _ MAX ESR VSOURCE _ MAX VF _ MIN ESR

Vf1

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2.LED驱动电源

a. 电压源无源电流控制

If

斜率 dV/di=ESR dV/di=ESR+REXT

I MIN

VSOURCE _ MIN VLOAD _ MAX ESR REXT VSOURCE _ MAX VLOAD _ MIN ESR REXT

I MAX Vf1 Vf

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2.LED驱动电源

电压源无源电流控制常规方法是LED串中串联一个 限流电阻，使其输出电流限制在一定范围内，使其稳定 发光。 在考虑环境温度和器件电压变化量的情况下，电阻 上的实际电压降应该保证电流保持在设定范围内。但是 效率低，热损耗大，同时也要求电压源稳定。 +5Va. 电压源无源电流控制 例.5V/1A电压源驱动一个350mA 的LED, 其Vf=3.5V, ESR=2Ω。

REXT

REXT

5 3.5 2 2.28 0.350.5W~1W功率电阻天津工业大学电气工程与自动化学院

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2.LED驱动电源

b. 电压源有源电流控制V+

负载

限流电路 反 馈 电流采样 V-

电 流

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2.LED驱动电源V+

I

Id

D G S V 0VVTH Vgs

耗尽型MOSFET的特性 VTH=-2.5V天津工业大学电气工程与自动化学院

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2.LED驱动电源

V+

I

D G S

R 0V

电阻上的电压随着流过电流 增加而增加，所以MOSFET 源极比栅极电压高。换句话 说，相对于MOSFET的源极， 栅极电压越来越负，当电压 低到MOSFET的关断电压， MOSFET关断，可调节电流。

耗尽型MOSFET的限流电路 优点：漏极到源极之间击穿电压高，可防止瞬时的短路。 缺点： 栅极阈值电压(Vth)范围宽，限流电阻不好选择。天津工业大学电气工程与自动化学院

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2.LED驱动电源

V+ IN 负载 ADJ LM317 OUT

IN ADJ LM317 OUT

负载 V-

用线性调压电路构成限流电路

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2.LED驱动电源

2).电流源驱动 a.理想电流源特性V

输出电流恒定，输出电压由

外电路负载决定，输出功率可以无穷大。但不允许开路，I

违背了基尔霍夫电流定律(KCL)。

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2.LED驱动电源

b.实际电流源特性V Vh超载区

稳定区

I

输出电流在一定输出电压范围内恒定，输出电压由外电路负载 决定，输出功率由输出电压和输出电流乘积决定。不允许开

路， 否则会烧坏！但是一般电流源均有限压和开路保护电路。

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2.LED驱动电源

②LED电流源驱动 用恒流电源来驱动LED是相对于电压源容易的。但是 单独电流源不能限制电压。如果电流源产生的电流比 LED所需的电流大，则需要均流电路。V+

Q1 V-

Q2

Qn

电流镜天津工业大学电气工程与自动化学院

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0mtj.html