高功率LED恒流源串聯驅動器的設計

摘要：本文著重介紹任意個(1~20個)高功率LED串聯的恒流源驅動器。它能有效克服并聯LED驅動器的缺點，明顯擴展和提高了市場上已出現的高功率LED串聯驅動器的應用范圍和性能。

關鍵詞：串聯驅動器；恒流源；高功率LED

引言

隨著大功率LED的問世，因其發光效率是一般熒光燈或白熾燈的5~7倍，節能效果十分顯著。因而，大功率LED具有廣泛的應用前景。目前，單個大功率LED已有1W、3W、5W和10W，已被大量使用的是1W和3W的大功率LED，采用多個大功率LED串聯和并聯，其組合輸出功率已達70W~100W。

大功率LED雖具有發光效率高和節能的優點，但其管壓降的不一致卻是需要克服的缺點。其次，大功率LED的溫度特性較差。隨著結溫和環境溫度的改變，其管子的電流和發光效率變化很大，這也給使用帶來了不便。

由于大功率LED存在以上缺點，人們在使用時多采用兩種驅動方案：1.恒壓源驅動。即采用多個LED并聯后用恒壓源驅動。這樣,由于LED的管壓降不一致，使得二極管的電流不一致，從而其發光效率也大不一樣。在大功率LED中，此方案應用較少。2.恒流源驅動。由于大功率LED的管壓降不一致，另外，LED受其結溫和環境溫度的影響較大，所以，用多個LED串聯，并用恒流源驅動能有效克服上述缺點。

大功率LED的主要特性

工作波長

大功率LED的工作波長與其發光的顏色有關。例如，冷白光LED的工作波長在525埃~600埃之間, 而暖白光LED的工作波長在525埃~675埃之間。

正向壓降

大功率LED的正向電壓每變化0.1V時，其電流變化約100mA.

工作電流與發光強度的關系

大功率LED的發光強度與其結溫和環境溫度有關。這主要是由于溫度升高時，其工作電流也相應減小，同樣，LED的發光強度與其工作電流的關系近似為線性，對于1W和3W的LED，其工作電流每減少100mA，發光強度減少約15%。

高功率LED串聯恒流

源驅動器的原理

目前，市場上出現的高功率LED串聯驅動器有其局限性，一般為3~6個LED串聯，且個數要一定，不能任意聯接。本文提出一種任意個（1~20個）LED串聯的恒流源驅動方案，如圖1所示，其工作原理如下：

以1W的LED為例，其額定電流為350mA。由于某種原因使LED電流減小時，恒流源電路采集到變化(減小)的電流值，進行放大后，通過U1傳輸給控制電路。控制電路對采樣信號進行反相處理，輸出脈沖寬度增大。寬度增大的輸出脈沖驅動功率轉換級的功率管D5，使得次級輸出電壓增加。這樣，串聯LED兩端的電壓也增大，于是，流過LED的電流也增大，這就維持了LED的電流恒定。同樣，若由于某種原因，使LED的電流增大時，其控制過程相反。這種恒流源驅動器的優點就在于：不管LED的管壓降差異有多大，其結溫和環境溫度的變化引起二極管的電流變化有多大，都能通過高速的恒流源電路的快速調整，來維持LED的電流恒定。

高功率LED恒流源

驅動器設計時要注意的問題

設計高功率LED恒流源驅動器時應注意如下幾點：

1 根據串聯LED的個數來選擇控制電路的控制芯片。因為LED的個數不同，所需芯片的輸出功率也就不同。圖1中選擇的是ICE 2A165，也可選擇其它類似的開關電源控制芯片。

2 開關電源變壓器的漏感應盡量小，否則會使驅動器的可靠性降低。因為變壓器的漏感大，在開關截止的瞬間會產生很高的反向尖峰電壓，嚴重時有可能超過控制開關的耐壓，而使芯片擊穿，造成驅動器的可靠性大大降低。開關電源變壓器T1是該產品的關鍵件，有必要在專業廠家制作。

3 恒流源電路的工作速度要快，這樣可以使LED更安全。因為本文提出的LED串聯驅動器是任意個（1~20個）串聯，這樣就要求開關電源的輸出電壓變化速度要快，若調整速度不快，則可能造成LED的損壞。

結語

實踐證明，本文提出的高功率LED恒流源驅動器的方案是可行的，并且與其它驅動器相比，成本較低，從而具有廣泛的應用前景。