高效LED驅(qū)動設計原理

摘要:采用何種拓撲結(jié)構取決于輸入電壓和輸出電壓的關系。在輸出電壓始終小于輸入電壓的情況下，應使用降壓穩(wěn)壓器，圖5顯示了該拓撲結(jié)構。

隨著生產(chǎn)成本的降低，LED的應用范圍越來越廣，包括手持終端設備、車載以及建筑照明。高可靠性、極佳的效率以及瞬態(tài)響應能力使得它們成為很好的光源。盡管白熾燈泡的成本很低，但是多次更換白熾燈泡也將是一筆很大的開銷。路燈就是個很好的例子，完成此項工作需要一組工作人員及一輛卡車對故障燈泡進行更換。因此，在此類應用中，使用LED可以大大降低成本。雖然LED和白熾燈泡的效率幾乎相同，但在路燈應用中，有時會因為一些原因，用LED代替白熾燈泡，這樣不但可以提高可靠性，而且還能節(jié)省能源。
　　白熾燈泡可以發(fā)出各種各樣的光線，但是在具體的應用中，通常只需要綠色、紅色以及黃色光線——例如交通信號燈。若要使用白熾燈泡，則需要一個濾波器，這會浪費掉60%的光能，而LED則可以直接產(chǎn)生所需顏色的光線，并且在上電時，LED幾乎是瞬間發(fā)光，而白熾燈則需要200ms的響應時間。因此，在剎車燈設計中采用了LED。另外，LED將作為光源在DLP視頻應用中使用，以替代機械匯編(mechanical assembly)，其可進行高頻率的切換。

LED的I-V特性

　　圖1顯示了典型InGaAlP LED(黃色和琥珀紅)的正向電壓特性。也可以把LED作為電壓源與電阻串聯(lián)建模，并查看模型與實際測量之間的良好關聯(lián)性。電壓源有一個負的溫度系數(shù)，當結(jié)溫上升時，電壓源的正向電壓會發(fā)生負的變化。InGaAlP LED的系數(shù)在-3.0mV/K~-5.2mV/K之間，而InGaN LED(藍色、綠色和白色)的系數(shù)則在-3.6mV/K~-5.2mV/K之間。這就是為什么不能直接對LED進行并聯(lián)的原因。產(chǎn)生熱量最多的器件需要更大的電流，更大的電流會產(chǎn)生更多的熱量，進而引起散熱失控。

圖1　LED作為電阻與電壓源串聯(lián)建模

　　圖2顯示了作為工作電流函數(shù)的相對光輸出(光通量)。很明顯，光輸出與二極管電流是密切相關的，因此，可以通過改變正向電流進行調(diào)光。并且，在電流較小時，曲線幾乎是一條直線，但是在電流增大時，其斜率變小了。這就是說，在電流較低的時候，若將二極管電流增大一倍，則光輸出也會增加一倍;但是電流較高的時候，情況就不是這樣了：電流上升100%僅能使光輸出量增加80%。這一點很重要，因為LED是由開關電源驅(qū)動的，這會導致在LED中產(chǎn)生相當大的紋波電流。實際上，電源的成本在某種程度上是由所允許的電流大小決定的，紋波電流越大，電源成本就越低，但光輸出會因此受到影響。

圖2　電流超過1A以上，LED效率就會降低

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