白光LED工作電流的匹配

白光LED應(yīng)用于LCD背光源或其他照明時(shí)，為什么需要以設(shè)定電流的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)它?原因如下。

①采用設(shè)定電流的方式可保證白光LED工作在其額定電流的范圍內(nèi)，因此提高了白光LED工作的可靠性。

②可以獲得預(yù)期的白光LED工作電流的匹配度，使各白光LED的亮度和色度保持一致。

白光LED在20mA電流下，其正向電壓介于3.0～4.0V之間，假設(shè)僅簡(jiǎn)單地加上固定的正向電壓，那么正向電流的差異可能相當(dāng)?shù)卮?，如圖1所示為在兩個(gè)生產(chǎn)廠中各選3只，共6只白光LED的正向電流與正向電壓特性，如果采用3.4V的電壓驅(qū)動(dòng)這6只LED，因生產(chǎn)廠的不同，將會(huì)產(chǎn)生10～44mA的正向電流的差異。

為保證可靠性，驅(qū)動(dòng)白光LED的電流必須低于白光LED的額定值，典型的最大值一般為30mA，但是從圖2可以看出：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)所允許的額定電流會(huì)降低，如當(dāng)溫度達(dá)到50℃時(shí)電流需限制在20mA以?xún)?nèi)。通過(guò)對(duì)比圖1、圖2 不難得出這樣的結(jié)論：采用恒壓方式驅(qū)動(dòng)白色LED的方案可靠性較差。另外，用恒定電流驅(qū)動(dòng)白色LED還可以獲得亮度和色度的一致性。

圖1 6只白光LED的正向電壓與正向電流特性

圖2 白光LED額定電流隨環(huán)境溫度變化的特性

如圖3所示為常見(jiàn)的四種白光LED驅(qū)動(dòng)電路，白光LED正向電壓U，的差異會(huì)因?yàn)樗捎玫姆€(wěn)壓電路不同而對(duì)電流的穩(wěn)定精確度造成不同的影響。

圖3 四種常見(jiàn)白光LED的驅(qū)動(dòng)電路

如圖3(a)所示電路是采用電壓源與限流電阻來(lái)控制白光LED的電流的，該電路的優(yōu)點(diǎn)是可以選用多種電壓穩(wěn)壓器，同時(shí)只需將穩(wěn)壓器的一端連接到白光LED上，其缺點(diǎn)是由于限流電阻所帶來(lái)的功率耗損及白光LED的正向電流沒(méi)有被精確控制，因此效率不佳。圖4(a)為采用如圖3(a)所示電路驅(qū)動(dòng)6個(gè)白光LED的I-U曲線，6個(gè)白光LED電流的變化范圍為14.2～18.4mA，生產(chǎn)廠A的產(chǎn)品的平均亮度比B廠的產(chǎn)品高大約2mA。

圖4 測(cè)試6個(gè)白光LED的相對(duì)穩(wěn)壓精確度

如圖3(b)所示電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)LED電流的控制，其中限流電阻是用來(lái)控制各LED間電流的匹配的，該電路對(duì)同一生產(chǎn)廠同批次的LED匹配精度較高，而對(duì)不同生產(chǎn)廠不同批次的LED匹配精度較差。如圖4(b)為采用如圖3(b)所示電路驅(qū)動(dòng)6個(gè)白光LED的I-U曲線，6個(gè)白光LED電流的變化范圍為15.4～16.9mA。由圖4(b)可以看出廠A間的差異最小，同時(shí)廠A與廠B的平均電流都大約為17.5mA。如圖3(b)所示電路的缺點(diǎn)是在限流電阻上還是有一定的功率消耗，同時(shí)白光LED的電流也無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度的匹配。

如圖3(c)所示的電路可以獨(dú)立控制每個(gè)白光LED的電流而不需使用限流電阻，這個(gè)電路的電流的穩(wěn)定精確度與匹配度由每個(gè)獨(dú)立電流控制器的精確度所決定，采用MAX1570變換器可達(dá)到2%的電流精確度及0.3%的電流匹配度。圖4(c)為采用如圖3(c)所示電路驅(qū)動(dòng)6個(gè)白光LED的I-U曲線，白光LED電流穩(wěn)定在了17.5mA，取消限流電阻雖然可以節(jié)省電路板空間，但在穩(wěn)壓器與白光LED之間增加了4個(gè)連接點(diǎn)。

如圖3(d)所示電路則為采用電感器式升壓變換器來(lái)穩(wěn)定白光LED電流，其中反饋電壓可以將電流檢測(cè)電阻的功率損耗降到最低。由于白光LED是以串行的方式連接的，因此在任何情況下白光LED電流都能完美地匹配，電流的精確度則由穩(wěn)壓器的反饋電壓精確度決定，不受白光LED正向電壓變化的影響。采用MAX1848驅(qū)動(dòng)3只白光LED時(shí)，效率可達(dá)87%;采用MAX1561驅(qū)動(dòng)6個(gè)白光LED時(shí)，效率可達(dá)84%。該電路的優(yōu)點(diǎn)是：在穩(wěn)壓器與白光LED之間只需兩個(gè)連接點(diǎn)，同時(shí)串行連接的白光LED也不受所采用的升壓變換器的影響。