為高亮度LED提供高效電流驅動

高亮度led發展背景

近幾年，高亮度led (hb led)在各種照明系統中作為光源日益受到青睞，這是由于高亮度led具有高度的可靠性，使用壽命可以達到幾十甚至幾萬小時，比傳統的白熾燈或鹵素燈的使用壽命高出幾個數量級。基于這一優勢，高亮度led在汽車照明、公共標示與信號標志以及建筑照明中得到普遍應用。

高亮度led是經過特殊處理的pn結半導體器件，正向偏置時可發出白光、紅光、綠光或藍光(也可能產生其它顏色光)。作為pn結它們表現出類似于傳統二極管的v-i特性，但具有較高的結壓降。在正向電壓達到vf (從紅光led的2.5v到藍光led的4.5v)，流過led的電流很小；一旦正向電壓達到vf，電流將迅速上升(與傳統二極管相同)。因此，必須采用限流措施限制電流的上升，以防led損壞。目前有三種基本的限流方式，表1對這三種方式進行了對比：

表1. 限流方式比較

1假設一個白色led：vf = 4v、iled = 350ma、vin = 12v。

高亮度led開關電源

圖1是基于固定頻率、高集成度pwm開關轉換器max5035的高亮度led電源原理圖，輸出電流可達1a。另一類似器件max5033的輸出電流可以達到500ma。這款基于電感的buck調節器能夠準確控制流過led (或幾個串聯led，總電壓為12v)的電流。max5035的開關頻率為125khz，輸入電壓范圍高達76v (需使用更高額定電壓的輸入電容和二極管)。此電路可以在較寬的輸入電壓范圍內控制并保持恒定的led電流。表2總結了該電路的設計規格。

圖1. 通過調節控制電壓(0v至3.9v)，max5035 led電流驅動器能夠在led_a和led_k端產生近似350ma至0ma的輸出電流。

利用圖1電路在控制端作用一個電壓調節led電流(圖2)。圖3給出了這一控制架構的效率。

控制電壓與三個并聯檢流電阻的電壓共同作用到ic的反饋(fb)引腳。ic的內部控制環路使fb引腳的電壓保持在大約1.22v，因此，由于控制電壓與電流檢測電壓都必須保持在1.22v (由電阻r1和r5設置)，更高的控制電壓將產生更小的電流。

以下等式除了適用于本例外，還可用來設計其它的輸出電流和控制電壓：

在許多情況下，利用低頻(50hz至200hz)pwm方式調節led電流非常方便，通過控制脈沖寬度調節亮度(圖4)。雖然led在每個脈沖期間保持相同亮度，肉眼能夠察覺到短暫的亮度變化，但是，這種調節方法的優點在于光譜保持不變，采用幅度調節時光譜會隨著流過led電流的變化而改變。

采用100hz pwm控制波形時，led電流的脈沖如圖4所示。一般來說，低頻pwm調光電路的效率比線性led調光電路(圖2)更高。

結論

圖1所示ic (max5035、max5033)為恒流驅動高亮度led提供了一種高性價比方案，該方案具有以下優勢：

高開關頻率(125khz)允許選擇小電抗器件(l1和c2)。
能夠在寬輸入電壓范圍內實現高轉換效率。
輸出電壓可達12v，能夠驅動三個串聯的高亮度綠色led。
無需機械散熱器。
電壓范圍可擴展至76v，適用于驅動汽車高亮度led。
可用于24v信號標志燈和建筑照明。
通過變化電流檢測電阻r2、r3與r4值，輸出電流可達到1a。
內置開關功率mosfet，簡化設計。
可通過控制輸入引腳，利用模擬電壓幅度(線性調光)調節led的亮度。
通過控制輸入，利用低頻pwm信號調節亮度。