將白光LED應(yīng)用于顯示器背光或其他照明應(yīng)用時,有兩個原因需要恒流驅(qū)動它們:
避免違反絕對最大額定電流并損害可靠性。
從每個LED獲得可預(yù)測且匹配的發(fā)光強度和色度。
本應(yīng)用筆記描述了一系列典型LED和電路的特性,以實現(xiàn)必要的恒流驅(qū)動。
六個隨機白光LED(兩家制造商各三個)的正向電流與正向電壓的關(guān)系如圖1所示。在這種情況下,例如,用3.4V驅(qū)動這六個LED,將導(dǎo)致其正向電流在10mA至44mA之間變化,具體取決于LED。
圖1.六個隨機白光 LED(兩家領(lǐng)先制造商各三個)的正向電流與正向電壓的關(guān)系。請注意,任何給定電壓下的正向電流變化很大,例如,在10.44V時為3mA至4mA。
為了可靠性,重要的是不要違反LED的絕對最大額定電流。典型值可能是30mA絕對.max.,但如圖2所示,最大電流被降額以應(yīng)對不斷升高的環(huán)境溫度。通常將電流限制在20mA以內(nèi),以便在高達(dá)50攝氏度的溫度下使用。通過結(jié)合圖1和圖2中的信息,很明顯,以恒定電壓驅(qū)動白光LED不是一個可靠的解決方案。
圖2.白光LED的絕對最大正向電流額定值通常隨著環(huán)境溫度的升高而降低。(圖片由日亞株式會社提供)
此外,重要的是要注意,白光LED的發(fā)光強度和色度(顏色)經(jīng)過測試,并通過恒流驅(qū)動來最好地控制。典型的白光LED規(guī)格如圖3所示。
圖3.對于典型的白光LED,整個電氣規(guī)格在IF = 20mA下進(jìn)行測試。因此,為了獲得可預(yù)測和匹配的發(fā)光強度和色度(顏色),建議使用恒流驅(qū)動。(圖片由日亞株式會社提供)
圖4顯示了用于驅(qū)動白光LED的四種常見電源電路。圖5顯示了調(diào)節(jié)六個隨機LED時的相應(yīng)調(diào)節(jié)精度。在圖5中,穩(wěn)壓器的輸出負(fù)載線特性繪制在LED的Vf曲線頂部。線相交的地方是每個LED的調(diào)節(jié)點。
圖4.白光 LED 通常以四種不同的方式供電:(a) 電壓源和鎮(zhèn)流電阻器,(b) 電流源和鎮(zhèn)流電阻器,(c) 多個電流源,以及 (d) 電流源與 LED 串聯(lián)連接。
圖5.白光LED正向電壓(Vf)的變化對電流調(diào)節(jié)精度的影響因調(diào)節(jié)方案而異:(a)電壓源和鎮(zhèn)流電阻,(b)電流源和鎮(zhèn)流電阻,(c)多個電流源或與LED串聯(lián)的電流源。圖中顯示了六個隨機白光 LED(三個來自批次 A,三個來自批次 B)的 Vf 曲線。穩(wěn)壓器的輸出負(fù)載線曲線與LED的Vf曲線相交的地方是調(diào)節(jié)點
圖4a電路顯示了如何使用穩(wěn)壓器和鎮(zhèn)流電阻來控制LED電流。這種方法的優(yōu)點是可以以這種方式應(yīng)用各種各樣的穩(wěn)壓器,并且只有一個端子將穩(wěn)壓器連接到LED。缺點是,由于鎮(zhèn)流電阻中的功率損失,效率不是很好,并且LED正向電流沒有得到精確控制。圖5a顯示,我們的六個隨機LED的電流從14.2到18.4mA不等,而品牌A的平均亮度比品牌B高約2mA。
圖4b電路調(diào)節(jié)施加到LED的總電流,而鎮(zhèn)流電阻仍用于LED與LED的匹配。MAX1910就是這類電流調(diào)節(jié)的一個例子。該電路利用了這樣一個事實,即LED在一個制造商的批次內(nèi)更好地匹配,并且大多數(shù)變化是批次之間或品牌之間的變化。因此,鎮(zhèn)流電阻可以減少一半功率的浪費,同時提供與前一個電路類似的電流控制。圖5b顯示,我們的六個隨機LED中的電流在15.4至19.6mA之間變化;然而,品牌A的變化甚至更小,品牌A和品牌B都以相同的17.5mA/LED的平均電流運行。缺點是鎮(zhèn)流電阻器中仍然存在明顯的功率損耗,并且LED電流不能完全匹配。然而,該電路代表了性能和簡單性之間的良好折衷。
圖4c電路調(diào)節(jié)每個LED中的單個電流,不需要鎮(zhèn)流電阻。電流調(diào)節(jié)精度和匹配由各個電流調(diào)節(jié)器的精度控制。MAX1570是此類電流調(diào)節(jié)的一個例子,具有2%的典型電流精度和0.3%的典型電流匹配。由于電流穩(wěn)壓器是低壓差,因此效率可能非常高。圖5c顯示,所有六個隨機選擇的白光LED的調(diào)節(jié)電流恒定為17.5mA。由于缺少鎮(zhèn)流電阻器,可節(jié)省電路板空間,但穩(wěn)壓器和LED之間需要四個端子。這種類型的電路代表了一種高性能解決方案,可以很容易地與基于電感的解決方案競爭。
圖4d電路是基于電感的高效升壓轉(zhuǎn)換器,用于調(diào)節(jié)電流。低反饋門限可最大限度地降低電流檢測電阻中的功耗浪費。由于 LED 串聯(lián)排列,因此 LED 電流在所有條件下都完美匹配。電流精度由穩(wěn)壓器的反饋閾值精度決定,與LED的正向電壓變化無關(guān)。MAX1848和MAX1561是此類電流調(diào)節(jié)的示例,具有87%(3個LED)和84%(6個LED)的效率(P發(fā)光二極管/P在),分別。其他一些優(yōu)點包括穩(wěn)壓器和LED之間只有兩個端子,并且LED的串聯(lián)排列與使用哪個特定的升壓轉(zhuǎn)換器無關(guān),為設(shè)計人員提供了很大的靈活性。缺點包括電感的尺寸(尤其是高度)、成本和輻射EMI。
審核編輯:郭婷
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