白光LED工作電流的匹配

白光LED應用于LCD背光源或其他照明時，為什么需要以設定電流的方式來驅動它?原因如下。

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

②可以獲得預期的白光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，假設僅簡單地加上固定的正向電壓，那么正向電流的差異可能相當地大，如圖1所示為在兩個生產廠中各選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的電壓驅動這6只LED，因生產廠的不同，將會產生10～44mA的正向電流的差異。

為保證可靠性，驅動白光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：當環境溫度升高時所允許的額定電流會降低，如當溫度達到50℃時電流需限制在20mA以內。通過對比圖1、圖2 不難得出這樣的結論：采用恒壓方式驅動白色LED的方案可靠性較差。另外，用恒定電流驅動白色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額定電流隨環境溫度變化的特性

如圖3所示為常見的四種白光LED驅動電路，白光LED正向電壓U，的差異會因為所采用的穩壓電路不同而對電流的穩定精確度造成不同的影響。

圖3 四種常見白光LED的驅動電路

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

圖4 測試6個白光LED的相對穩壓精確度

如圖3(b)所示電路實現了對LED電流的控制，其中限流電阻是用來控制各LED間電流的匹配的，該電路對同一生產廠同批次的LED匹配精度較高，而對不同生產廠不同批次的LED匹配精度較差。如圖4(b)為采用如圖3(b)所示電路驅動6個白光LED的I-U曲線，6個白光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)所示電路的缺點是在限流電阻上還是有一定的功率消耗，同時白光LED的電流也無法實現高精度的匹配。

如圖3(c)所示的電路可以獨立控制每個白光LED的電流而不需使用限流電阻，這個電路的電流的穩定精確度與匹配度由每個獨立電流控制器的精確度所決定，采用MAX1570變換器可達到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)所示電路驅動6個白光LED的I-U曲線，白光LED電流穩定在了17.5mA，取消限流電阻雖然可以節省電路板空間，但在穩壓器與白光LED之間增加了4個連接點。

如圖3(d)所示電路則為采用電感器式升壓變換器來穩定白光LED電流，其中反饋電壓可以將電流檢測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驅動3只白光LED時，效率可達87%;采用MAX1561驅動6個白光LED時，效率可達84%。該電路的優點是：在穩壓器與白光LED之間只需兩個連接點，同時串行連接的白光LED也不受所采用的升壓變換器的影響。