詳解大功率LED 恒流驅動的設計原理

　0 引言

　　光伏發電行業作為一種新興行業，其發展具有突飛猛進的趨勢。光伏照明是光伏產業中的支柱產業。由于光伏電池所發出來的電如果不經過一次變換的話是直流電，因此，LED 光源作為一種直流電光源，尤其適合光伏照明產業。但是，LED 的高效節能的優點要想保證的話，其驅動具有尤為重要的作用。本文對大功率LED 和小功率LED 適合的驅動進行了比較研究。并且提出一種基于PT4115的高效率的大功率LED 恒流驅動解決方案。該種驅動電路簡單、高效、成本低，適合當今太陽能產品的市場化發展。

　　1 LED 工作特性

　　LED 具有對電壓敏感的特性，當LED 兩端電壓超過其導通電壓后。可近似的認為其正向電壓VF和正向電流IF 成比例關系。因此，電壓的變化會引起電流的變化。

　　圖1 　LED 的VF 和IF 特性曲線線

　　從圖1 可以看出電壓的微小變化會引起電流的極大變化。由此，可以得出對于LED 應該采用恒流驅動，防止流過LED 電流的極大波動，影響LED 的使用壽命。因此，不管是交流恒流驅動還是直流恒流驅動，其輸出端LED 兩端電壓的峰峰值最好控制電流在幾十毫安。

　　2 LED 常用驅動技術比較研究

　　2. 1 電阻鎮流驅動

　　圖2 采用鎮流電阻驅動的原理圖

　　從圖2 中可見，采用電阻鎮流的驅動方式就是在LED 燈串上串聯上鎮流電阻。通過鎮流電阻降低在LED 燈串上的電壓，防止LED 過壓被擊穿。鎮流電阻的驅動方式實際上就是通常所說的恒壓驅動方式。該種驅動方式雖然簡單，但是在鎮流電阻上會有損耗，并且，損耗會隨輸入電壓的增大而增大。因此，該種技術作為最早的驅動技術，已經隨著技術的發展，逐漸被取代。

　　2. 2 PWM恒壓驅動方式

　　眾所周之，PWM驅動方式本身具有驅動效率高的優點。因此，采用PWM 恒壓驅動方式具有效率高，驅動電路簡單的優勢。但是，鎮流電阻這種恒驅動方式，已經不適合當今光伏照明的簡潔、高效的趨勢。因此，PWM恒壓IC 隨之出現。

　　圖3 恒壓驅動原理

　　對于采用恒壓驅動（見圖3） ，因輸出到LED 負載兩端的壓降不變，如果其中一路的某顆LED 發生短路故障，則這個輸出的恒壓壓降將全部降在其它LED 兩端，則剩余的每顆LED 承受的電壓可能超過電壓額定值，而將其燒毀。

　　LED 因其VF 值特性原因做不到相同，隨著溫度及電流大小也有些VF 值也會發生變化，一般不適合并聯設計。但是有些情況又不得不并聯解決多顆LED 驅動成本問題，就像小功率LED 如果每一路采用一個恒流源會大大增加驅動成本，因此，就必須采用多組LED 燈串并聯，而采用恒壓驅動的方式進行驅動。

　　因此， 即使采用恒壓驅動的方式， 也要選擇PWM恒壓驅動IC ，提高驅動效率。

　　迫于小功率LED 要想實現和大功率相同的照度，所需數量大，如果每路驅動使用一個恒流驅動，將大大增加驅動成本，鑒于此問題，小功率LED 適合采用恒壓驅動方式。

　　2. 3 恒流驅動技術

　　對于恒流驅動實際上很大程度上是結合PWM恒壓驅動高效率的特點，對其進行改造以最簡單的方法實現恒流。

　　對于PWM恒壓IC 內置一個基準電壓，通過采樣反饋端FB 端電壓和內置電壓比較，以控制PWM輸出占空比，以實現恒壓驅動。

　　要進行恒流控制就要在斬波輸出端串聯一個小電阻，采樣其對地電壓，然后對其進行放大并反饋到恒壓控制端，以進行恒流控制。由于采樣電阻串聯在輸出回路里，要降低落在電阻上的功耗，就要盡量減小電阻的阻值，通常選0. 1 Ω電阻。

　　采用恒流驅動，必須每一路LED 燈串有一個恒流源驅動。當燈串中單顆LED 發生短路故障時，由于輸出電流不變，因此，并不影響其它LED 的光效，采用恒流驅動能大大提高LED 的使用壽命。

　　3 基于PT4115 的恒流驅動技術

　　3. 1 PT4115 芯片簡介

　　1） 極少的外部原件

　　2） 很寬的電壓輸入范圍：從8 V 到30 V

　　3） 最大輸出1. 2 A 電流

　　4） 復用DIM 引腳進行LED 開關、模擬調光、PWM調光

　　5） 5 %的輸出電流精度

　　6） LED 開路保護

　　7） 高達97 %的效率

　　8） 輸出可調的恒流控制方法

　　9） 內部含有抖頻特性，極大的改善EMI

　　3. 2 典型應用電路

　　圖4 PT4114 典型應用電路

　　對于PT4115 （見圖4） 即可以應用于12~18 V 的交流，也可應用在8 V~30 V 的直流。因此，應用范圍更加廣泛。并且，驅動電路簡單，所需元器件均價格低廉。適合批量、市場化。

　　3. 3 PT4115 恒流原理

　　保持采樣端（CSN） 輸入電壓值為IC 內部設定值相對于VIN 電壓值不變即可實現恒流。因為：

　　式中：

　　ILED ---流過L ED 的電流；

　　VCSN ---電壓檢測端電壓；

　　RS ---電流采樣電阻。

　　從式（1） 可見，只要保證采樣端電壓相對于輸入端電壓不變，就能使流過LED 的電流恒定。