LED驅(qū)動(dòng)兩種方案：線性驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)型驅(qū)動(dòng)

LED驅(qū)動(dòng)器(LED Driver)，是指驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光或LED模塊組件正常工作的電源調(diào)整電子器件。由于LED PN結(jié)的導(dǎo)通特性決定，它能適應(yīng)的電源電壓和電流變動(dòng)范圍十分狹窄，稍許偏離就可能無(wú)法點(diǎn)亮LED或者發(fā)光效率嚴(yán)重降低，或者縮短使用壽命甚至燒毀芯片。現(xiàn)行的工頻電源和常見(jiàn)的電池電源均不適合直接供給LED，LED驅(qū)動(dòng)器就是這種可以驅(qū)使LED在最佳電壓或電流狀態(tài)下工作的電子組件。

開(kāi)關(guān)型驅(qū)動(dòng)可以獲得良好的電流控制精度和較高的總體效率，應(yīng)用方式主要分為降壓式和升壓式兩大類。降壓式開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)是針對(duì)電源電壓高于LED的端電壓或者是多個(gè)LED采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)情況下的應(yīng)用。升壓式開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)是針對(duì)電源電壓低于LED的端電壓或者是多個(gè)LED采用串聯(lián)驅(qū)動(dòng)情況下的應(yīng)用。

一般認(rèn)為，隔離型驅(qū)動(dòng)安全但效率較低，非隔離型驅(qū)動(dòng)效率較高，應(yīng)按實(shí)際使用的要求來(lái)選。　　目前設(shè)計(jì)一般的基本LED驅(qū)動(dòng)器照明應(yīng)用相對(duì)較簡(jiǎn)單,但是如果還需要其它功能如相位控制調(diào)光和功率因子校正(PFC)，設(shè)計(jì)就變得復(fù)雜。無(wú)功率因子校正功能的非調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器通常包含一個(gè)離線式開(kāi)關(guān)電源，用于恒定電流下調(diào)節(jié)輸出。

LED驅(qū)動(dòng)器的后端架構(gòu)包含一個(gè)具有短路保護(hù)功能的電流調(diào)節(jié)電路?？梢岳镁€性調(diào)節(jié)電路達(dá)到這一目的，然而這種方法本身效率低下,因此適用低輸出電流，通常不會(huì)應(yīng)用到多級(jí)架構(gòu)中去。替代方法是使用簡(jiǎn)單的、具有電流回饋功能的降壓穩(wěn)壓器電路，以便限制了輸出電流超過(guò)期望的LED驅(qū)動(dòng)電流。其抵消了總LED正向電壓隨溫度和器件容差的變化，還限制了出現(xiàn)短路或其它故障條件時(shí)的電流，從而能夠保護(hù)驅(qū)動(dòng)器免遭損壞 。

LED驅(qū)動(dòng)芯片，實(shí)際上是個(gè)PWM控制芯片，在組成電路正常工作后，通過(guò)檢測(cè)電阻上LED的電流而得到的電壓反饋到芯片，控制內(nèi)部的PWM占空比，以適應(yīng)LED自身特性變化而引起的電流、電壓波動(dòng)，使LED得到的電流保持恒定。

LED驅(qū)動(dòng)電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光的電壓轉(zhuǎn)換器，通常情況下：LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等。而LED驅(qū)動(dòng)電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。

照明電源和驅(qū)動(dòng)方案：

驅(qū)動(dòng)方案一般來(lái)說(shuō)有兩種: 線性驅(qū)動(dòng)和開(kāi)關(guān)型驅(qū)動(dòng)。

線性驅(qū)動(dòng)應(yīng)用是一種最為簡(jiǎn)單和最為直接的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方式。在照明級(jí)白光LED應(yīng)用中，雖然存在著效率低、調(diào)節(jié)性差等問(wèn)題,但是由于其電路簡(jiǎn)單、體積小巧，能滿足一些特定的場(chǎng)合應(yīng)用較多。

前言：

LED是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件，這種電子元件早期只能發(fā)出低光度的紅光，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)在已發(fā)展到能發(fā)出可見(jiàn)光、紅外線及紫外線的程度，光度也有了很大的提高。LED具有效率高、壽命長(zhǎng)、不易破損、開(kāi)關(guān)速度高、高可靠性等傳統(tǒng)光源不及的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于指示燈、顯示器及照明領(lǐng)域。

在線性LED驅(qū)動(dòng)方案中，高PF高效線性LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)已經(jīng)日漸成熟，但是隨著最新歐盟ERP指令的發(fā)布，增加了對(duì)頻閃的要求(SVM≤0.4，Pst LM≤1.0)，無(wú)頻閃、高PF、高效率三者之間互相制衡，因此如何使三者兼顧是目前新的研究方向，見(jiàn)圖1。

圖1

高PF無(wú)頻閃高效線性LED驅(qū)動(dòng)：

PT4519是一款單段式線性高效率恒功率LED驅(qū)動(dòng)芯片，采用單段式結(jié)構(gòu)，沒(méi)有EMI的問(wèn)題。系統(tǒng)外圍無(wú)需電感或變壓器等磁性元件，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低。圖2為PT4519的系統(tǒng)應(yīng)用電路及內(nèi)部框圖。

圖2

一般為了實(shí)現(xiàn)去頻閃，通常會(huì)在高效LED驅(qū)動(dòng)的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)去頻閃電路，但是這種去頻閃電路會(huì)需要一個(gè)控制環(huán)路，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，同時(shí)還帶來(lái)比較大的損耗。PT4519換了一種做法，不用串聯(lián)去頻閃電路，而是使用一個(gè)恒流源(Q2，OP2)作為無(wú)頻閃的驅(qū)動(dòng)，并聯(lián)在主電路里，減少了串聯(lián)應(yīng)用帶來(lái)的損耗。

在交流電壓的谷底期間，輸入電壓會(huì)低于LED導(dǎo)通電壓，因此需要一個(gè)儲(chǔ)能電容Co來(lái)維持LED的輸出。在常規(guī)的應(yīng)用中，Co的驅(qū)動(dòng)(Q1，OP1)是一個(gè)固定的充電控制，峰值電流外部設(shè)定后就已經(jīng)固定，考慮到高效的實(shí)現(xiàn)再加入一個(gè)過(guò)壓降電流的控制，降電流幅度一般也是外部電阻來(lái)設(shè)定。但是這樣會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，一旦外部設(shè)定好后充電電流就被固定，無(wú)法根據(jù)輸入電壓及輸出負(fù)載的變化做動(dòng)態(tài)調(diào)整，只能被動(dòng)的輸入電壓高于LED電壓后導(dǎo)通，因此會(huì)帶來(lái)兩種后果，一是如果充電電流過(guò)多會(huì)導(dǎo)致Co放電時(shí)Q2的輸入電壓過(guò)高，從而Q2損耗增加，效率下降;另一個(gè)就是如果充電電流偏少導(dǎo)致Co放電過(guò)低，LED輸出無(wú)法維持恒流，從而出現(xiàn)工頻閃爍。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，PT4519檢測(cè)Q2的漏極電壓作為Q1的充電控制反饋，增加一個(gè)環(huán)路補(bǔ)償電路，使得Q2在各種輸入輸出條件下都能恒流輸出的同時(shí)保持一個(gè)比較低的輸入電壓，使得Q2的損耗降為最低，從而提高系統(tǒng)的整體效率。

當(dāng)Q2漏極電壓比較低時(shí)，電容Co的放電電壓也會(huì)比較低，從而在充電時(shí)可以增加一些導(dǎo)通角，提高PF。此外Q1同時(shí)檢測(cè)母線電壓來(lái)控制充電電流，在輸入峰值高壓時(shí)減小充電電流從而減小Q1損耗，提高系統(tǒng)效率。同時(shí)可以通過(guò)PF腳的外接電阻來(lái)調(diào)整Q1充電電流減小的幅度，從而使系統(tǒng)的PF和效率得到一個(gè)均衡的處理。

由于是線性LED驅(qū)動(dòng)，當(dāng)輸入電壓比較低時(shí)，由于Q2充電電流能力的限制及導(dǎo)通時(shí)間的減小，輸出LED的平均電流必然會(huì)下降，如果仍要維持LED額定電流輸出就必然會(huì)出現(xiàn)工頻閃爍，為了解決低這個(gè)問(wèn)題，PT4519創(chuàng)造性的改善了環(huán)路補(bǔ)償COMP電壓的功能，在輸入電壓比較低時(shí)COMP電壓會(huì)升高，因此在COMP電壓升高到一定程度時(shí)以此作為一個(gè)控制量來(lái)降低基準(zhǔn)，從而使LED輸出電流下降，使得Q2的充電電流平均值等于LED輸出電流，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)低輸入電壓時(shí)LED也能無(wú)頻閃的輸出。

下表是PT4519和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的一些比較，可以看到使用上述技術(shù)后PT4519的性能全面占優(yōu)。

線性LED驅(qū)動(dòng)相對(duì)于開(kāi)關(guān)型LED驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō)由于沒(méi)有快速的開(kāi)關(guān)切換，因此EMI的輻射性能特別優(yōu)異，但是在傳導(dǎo)測(cè)試中，由于Q1的峰值電流較大，不做處理容易導(dǎo)致150KHz范圍段傳導(dǎo)超標(biāo)，因此需要串聯(lián)一個(gè)快恢復(fù)二極管D1來(lái)抑制及改善，圖3是加入D1前后的傳導(dǎo)對(duì)比。

圖3

?線性LED驅(qū)動(dòng)芯片的原理是通過(guò)調(diào)節(jié)電流來(lái)保證LED的穩(wěn)定亮度和色溫。? 線性LED驅(qū)動(dòng)芯片能夠在低電壓范圍內(nèi)以線性的方式調(diào)節(jié)電流，從而確保LED的穩(wěn)定亮度。這種調(diào)節(jié)方式不僅適用于照明領(lǐng)域，如LED燈和顯示屏，還廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)的車燈和儀表盤等部件中，以提高能效和延長(zhǎng)LED壽命。?12?線性LED驅(qū)動(dòng)芯片的主要特點(diǎn)包括?：

?恒流輸出?：線性LED驅(qū)動(dòng)芯片能夠提供恒流輸出，保證LED燈具有穩(wěn)定的亮度和色溫。

?高效率?：通過(guò)簡(jiǎn)單的線性驅(qū)動(dòng)方式，不需要磁性元件，避免了EMI干擾問(wèn)題，同時(shí)具有高功率因數(shù)和超低的諧波失真(THD)。

?智能溫控功能?：集成智能溫控功能，當(dāng)芯片內(nèi)部溫度過(guò)高時(shí)，會(huì)自動(dòng)減小輸出電流以防止過(guò)熱損壞。

?應(yīng)用領(lǐng)域包括?：

?照明領(lǐng)域?：用于LED燈和其他照明設(shè)備，提供恒流輸出，確保穩(wěn)定的亮度和色溫。

?顯示屏和廣告牌?：在顯示屏和廣告牌中，線性LED驅(qū)動(dòng)芯片能夠?qū)崿F(xiàn)亮度的精準(zhǔn)控制，滿足不同環(huán)境下的顯示需求。

?汽車行業(yè)?：用于車燈和儀表盤等部件，提高能效和延長(zhǎng)LED壽命。功率轉(zhuǎn)換器電路的類型及功用功率轉(zhuǎn)換器電路有多種類型，每種類型都有其特定的應(yīng)用場(chǎng)景：斬波器?：用于直流到直流的轉(zhuǎn)換器，常見(jiàn)于筆記本電腦和手機(jī)充電器等電池供電設(shè)備中?1。?逆變器?：將直流電轉(zhuǎn)化為交流電，常用于太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)?1。

?整流器?：將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，常用于電源適配器?1。功率轉(zhuǎn)換器電路的應(yīng)用場(chǎng)景功率轉(zhuǎn)換器電路廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域：?電源適配器?：將交流電源轉(zhuǎn)換成所需的直流電壓和電流，供給各種電子設(shè)備使用?2。?電機(jī)驅(qū)動(dòng)器?：通過(guò)控制電源電壓和頻率，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的控制?2。?太陽(yáng)能電池板控制器?：將太陽(yáng)能電池板輸出的電能轉(zhuǎn)換成所需電壓和電流的裝置?2。