LED驅動電路概述

1． 概述
LED是一種固體光源，當它兩端加上正向電壓，半導體中的少數載流子和多數載流子發生復合，放出的過剩能量將引起光子發射。采用不同的材料，可制成不同顏色有發光二極管。作為一種新的光源，近年來各大公司和研究機構對LED的研究方興未艾，使其光效得以大大提高，飛利浦與Agilent的合資公司目前已研發并生產出光效達到171m/W的白色LED，已達到白熾燈的水平。和白熾燈的相比較，LED在性能上具有很多優點，見下表：
表1 白熾燈與白色LED的性能比較



隨著對LED研究的進一步深入，其光效將進一步得到提高，而其成本將一步下降，在不久的將來LED取代白熾燈甚至熒光燈而發展成21世紀的一種主要的照明光源將成為一種趨勢。
新的光源呼喚新的電子鎮流器，飛利浦照明電子在致力研發新的LED的同時，已于近年在全球各大開發中心開始了LED驅動電路的研究，在此研發領域已占據了世界領先的地位。

2． LED驅動電路概述
與熒光燈的電子鎮流器不同，LED驅動電路的主要功能是將交流電壓轉換為直流電壓，并同時完成與LED的電壓和電流的匹配。
LED的正向伏安特性如圖1所示：



所以，LED伏安特性的數字模型可用下式表示
VF=Vturn-on+RsIF+（ΔVF/ΔT）（T-25℃） （1）
其中，Vturn-on 是LED的啟動電壓
Rs 表示伏安曲線的斜率
T 環境溫度
ΔVF/ΔT是LED正向電壓的溫度系數，對于多數LED而言典型值為-2V/℃。
從LED的伏安曲線及數字模型看，LED在正向導通后其正向電壓的細小變動將引起LED電流的很大變化，并且，環境溫度，LED老化時間等因素也將改變影響LED的電氣性能。而LED的光輸出直接與LED電流相關，所以LED驅動電路在輸入電壓和環境溫度等因素發生變動的情況下最好能控制LED電流的大小。否則，LED的光輸出將隨輸入電壓和溫度等因素變化而變化，并且，若LED電流失控，LED長期工作在大電流下將影響LED的可靠性和壽命，并有可能失效。

3． 各種LED驅動電路拓撲結構的簡要分析
飛利浦照明電子近年來致力于LED驅動電路的開發，已研發出多種LED驅動電路拓撲結構以適合各方面客戶的需求，產品已廣泛地運用于照明，汽車電子，路標，顯示背光等領域。
一種簡單的LED驅動電路的拓撲結構如圖2所示：

 這種LED驅動電路主要由電源隔離變壓器，AC-DC整流器和限流電阻組成，變壓器起到隔離和變壓的作用，而限流電阻的作用主要是控制LED電流，限流電阻R應該比LED的正向等效電阻Rs要大，這樣才能克服LED電流隨輸入電壓和環境溫度等因素而產生的變化，但是從效率角度，卻不應取得太大。
在實際運用中，負載常采用通過串并聯形成的LED陣列，這會使輸出電流隨輸入電壓和環境溫度等因素而發生的變化更加顯著，并且陣列形式或LED個數變化，限流電阻也應相應變化，所以采用這種簡單結構的LED驅動電路一般只適合于驅動陣列形式固定的，并且燈個數較少的LED陳列。
在飛利浦開發的另外一個高檔次的LED驅動電路系列的產品中，引入了電壓或電流反饋控制環節。用戶可以根據需要改變負載LED陣列形式和LED個數，得到不同的輸出功率。同時該驅動電路也克服了因輸入電壓，環境溫度等因素而LED燈光的顏色易變動等弊端，功率因數達到0.9以上，THD可做到20%以下，壽命可達到50000小時以上，同時還可完成從100%到1%的調光功能，并且此系列產品還具備過壓和過流保護功能。
其結構框圖如圖3所示：

LED驅動電路主體結構采用flyback拓撲結構，Mosfet的通斷由控制IC控制。這種結構在完成向負載提供直流電壓的同時，既實現了功率因數的校正，又完成了負載與電源的隔離。 
LED驅動電路的另一個任務是使LED的負載電流能夠在各種因素的影響下都能控制在預先設計的水平上。電路將一個基準電壓或電流信號Sref與LED負載電壓或電流信號Sload送入信號控制模塊中進行比較，誤差信號經處理后送回初級控制IC中進行處理，當負載電流因各種因素而產生變化時，初級控制IC可以通過控制開關使負載電流回到初始設計值上。

4． LED數字RGB混合控制系統
為了進一步開拓LED的應用領域，飛利浦近期研發成功了一種針對LED的數字控制系統，使用戶能夠在很大范圍內對LED的亮度，顏色和色調進行任意調節，獲得了很大的成功。
大日常生活中，照明的顏色，色調，亮度和方向都會極大地影響氛圍和人的情緒，看書時你也許需要光亮一點，看電視時則希望光暗一些，而如果想開一個聚會，那您可能希望用紅色并柔和的光來渲染節日的氣氛。近年來不同顏色LED的不斷研發成功使這種需求有了實現的可能，而飛利浦LED數字RGB混合控制系統的研發成功則使這種可能轉化為了現實。當然，這種系統也可用于LED的背光照明系統，這樣您就可以根據您的需要任意改變LED的背景顏色，色調和亮度。
飛利浦研發的LED數字RGB控制系統通過調配紅、綠、藍三種LED發出光的強度，在一定溫度范圍內和在LED整個壽命周期內都能達到不同亮度不同顏色不同色調的光輸出。利用光電二極管對三種顏色的光進行采樣，然后利用DSP及控制算法完成對三種光的混合從而最終達到對光的強度，顏色和色調的控制。三個光電二極管分別對三種顏色進行采樣，并轉化為電信號，經放大濾波后分別進入三個PWM轉換器，DSP對三個采樣信號進行軟件處理后通過對PWM的調節控制以達到對流經三個LED電流的控制，進而完成對光最終的強度，顏色和色調的控制。
本系統克服了LED因批量性能容差，環境溫度等因素而產生的性能偏差，通過精確的軟件控制，在任意情形下都能達到穩定的，高質量的，顏色，色調和亮度都可隨意調控的光。并且在本系統中也設計了友好的人界面，使用戶能夠對控制參數任意設定，從而能自如地使用這種人性化的照明系統。