白光LED驅動分析與應用

摘要：目前LED驅動方式多種多樣，為了幫助LED驅動設計者全面認識和理解LED驅動，選擇更合適的驅動方式，在此通過簡述各種驅動方式的發展情況和原理，對比分析各種驅動的優缺點，得出了各種驅動方式的適用范圍和條件，最后根據各種實際情況，指出了在不同條件下，如何考慮和選擇合適的LED驅動來滿足實際情況的需要。這一分析具有全面、易懂、指導性和可操作性強等特點。
關鍵詞：白光LED；驅動方式；原理；應用

0 引言
白光LED照明方式以高效、低功耗、節能環保等特性，已經廣泛獲得大家的認可。從本質上來說，LED就是可發光的二極管，它的發光強度與通過它的正向電流成正比，且存在導通電壓，當電流大小為20 mA時，正向壓降一般為3～3．5 V。很多時候，單個LED發光強度并不能滿足實際應用的需求，還必須將多個LED串聯或并聯使用，這就需要大的電壓或電流來驅動，而不同的制作工藝，甚至不同批次，LED都存在著性能不匹配的問題，這也為合理設計驅動帶來難題。所以，雖然原始的電源有很多種類，但都不能直接給LED供電。這就要求根據不同的需要采取升壓或者降壓，以及恒流或恒壓的驅動方式進行驅動。

1 常見LED驅動器工作原理
1．1 線性穩壓驅動器
最早成套出現的線性穩壓驅動器出現于20世紀70年代，那時是以NPN管作為穩壓器件的，如圖1所示。這種穩壓器件在輸入電壓與輸出電壓之間要求2Vbe的電壓，當輸入電壓低于2Vbe時，NPN管進入飽和，穩壓器將失去穩壓能力。為了減少壓差，出現了組合型的穩壓器，如圖2所示，即用PNP管驅動NPN管的基極，但壓差也接近1Vbe。20世紀80年代中期，市場上出現了低壓差線性穩壓器，如圖3所示。與NPN穩壓器不同，PNP穩壓器壓差不是Vbe的函數，而是PNP管Vce的函數，這個電壓值要低得多，隨著制造工藝的成熟，PNP穩壓器壓差已經小于500 mV。

現在線性穩壓驅動器已發展成圖4所示結構。

線性穩壓驅動器是指在線性區或飽和區工作的晶體管、場效應管從輸入電壓中分去多余的電壓，產生可調節、穩定且精確的直流電壓，通常由穩壓器件、誤差放大器、反饋電路以及基準電壓組成。穩壓器件通常是一個MOS管，相當于一個壓控電阻，由柵極電壓控制電阻大小。輸出電壓Vout是由穩壓器件與負載分壓得到的Vout=Vin-Vp，若輸入電壓Vin或負載發生變化，控制端電壓Vc也隨著變化，控制MOS管阻值，達到調整MOS管分壓Vp大小的目的，使Vout保證穩定。線性穩壓驅動器也可通過將采樣電阻與負載進行串聯，反饋電壓Vo=Iout×R1，保持R1大小不變，則反饋電壓可反映輸出電流大小的變化，進而改成線性穩流驅動器，其具體工作原理與線性穩壓驅動器基本一致。
線性穩壓器的效率是比較低的。由原理可知，該驅動器的輸出電壓是由輸入電壓減去MOS管分壓Vp而得到的，而這部分電壓完全是轉變為熱能消耗掉，所以為了提高驅動器效率，一般要求Vp越低越好。將輸入／輸出電壓差較低的線性穩壓驅動器稱為低壓差線性穩壓器，簡稱LDO。