為什么要以恒流驅(qū)動(dòng)白光LED

將白光LED應(yīng)用于顯示器背光或其他照明應(yīng)用時(shí)，有兩個(gè)原因需要恒流驅(qū)動(dòng)它們：

避免違反絕對(duì)最大額定電流并損害可靠性。

從每個(gè)LED獲得可預(yù)測(cè)且匹配的發(fā)光強(qiáng)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(shí)現(xiàn)必要的恒流驅(qū)動(dòng)。

六個(gè)隨機(jī)白光LED（兩家制造商各三個(gè)）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(dòng)這六個(gè)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(gè)隨機(jī)白光 LED（兩家領(lǐng)先制造商各三個(gè)）的正向電流與正向電壓的關(guān)系。請(qǐng)注意，任何給定電壓下的正向電流變化很大，例如，在10.44V時(shí)為3mA至4mA。

為了可靠性，重要的是不要違反LED的絕對(duì)最大額定電流。典型值可能是30mA絕對(duì).max.，但如圖2所示，最大電流被降額以應(yīng)對(duì)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(guò)結(jié)合圖1和圖2中的信息，很明顯，以恒定電壓驅(qū)動(dòng)白光LED不是一個(gè)可靠的解決方案。

圖2.白光LED的絕對(duì)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(huì)社提供）

此外，重要的是要注意，白光LED的發(fā)光強(qiáng)度和色度（顏色）經(jīng)過(guò)測(cè)試，并通過(guò)恒流驅(qū)動(dòng)來(lái)最好地控制。典型的白光LED規(guī)格如圖3所示。

圖3.對(duì)于典型的白光LED，整個(gè)電氣規(guī)格在IF = 20mA下進(jìn)行測(cè)試。因此，為了獲得可預(yù)測(cè)和匹配的發(fā)光強(qiáng)度和色度（顏色），建議使用恒流驅(qū)動(dòng)。（圖片由日亞株式會(huì)社提供）

圖4顯示了用于驅(qū)動(dòng)白光LED的四種常見(jiàn)電源電路。圖5顯示了調(diào)節(jié)六個(gè)隨機(jī)LED時(shí)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(gè)LED的調(diào)節(jié)點(diǎn)。

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(gè)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(duì)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(gè)電流源或與LED串聯(lián)的電流源。圖中顯示了六個(gè)隨機(jī)白光 LED（三個(gè)來(lái)自批次 A，三個(gè)來(lái)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(diǎn)

圖4a電路顯示了如何使用穩(wěn)壓器和鎮(zhèn)流電阻來(lái)控制LED電流。這種方法的優(yōu)點(diǎn)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(gè)端子將穩(wěn)壓器連接到LED。缺點(diǎn)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(méi)有得到精確控制。圖5a顯示，我們的六個(gè)隨機(jī)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(gè)例子。該電路利用了這樣一個(gè)事實(shí)，即LED在一個(gè)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(fèi)，同時(shí)提供與前一個(gè)電路類似的電流控制。圖5b顯示，我們的六個(gè)隨機(jī)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(yùn)行。缺點(diǎn)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(jiǎn)單性之間的良好折衷。

圖4c電路調(diào)節(jié)每個(gè)LED中的單個(gè)電流，不需要鎮(zhèn)流電阻。電流調(diào)節(jié)精度和匹配由各個(gè)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(gè)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(gè)隨機(jī)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(gè)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(jìng)爭(zhēng)。

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(cè)電阻中的功耗浪費(fèi)。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(wú)關(guān)。MAX1848和MAX1561是此類電流調(diào)節(jié)的示例，具有87%（3個(gè)LED）和84%（6個(gè)LED）的效率（P發(fā)光二極管/P在），分別。其他一些優(yōu)點(diǎn)包括穩(wěn)壓器和LED之間只有兩個(gè)端子，并且LED的串聯(lián)排列與使用哪個(gè)特定的升壓轉(zhuǎn)換器無(wú)關(guān)，為設(shè)計(jì)人員提供了很大的靈活性。缺點(diǎn)包括電感的尺寸（尤其是高度）、成本和輻射EMI。

審核編輯：郭婷