孫娜

（遼寧工程職業(yè)學院，遼寧 鐵嶺 112000）

引言

LED（light emitting diode）即發(fā)光二極管，是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)的半導體器件。利用固體半導體晶片作為發(fā)光材料，在半導體中通過載流子發(fā)生復合放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出紅、黃、藍、綠、青、橙、紫、白色的光。LED作為一種新的照明用光源,正在逐漸得到大規(guī)模和大范圍的應用；預計在未來幾年內，LED燈將可能逐漸進入家庭照明，室內外照明等領域，成為一種重要的照明光源；具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小、亮度高、成本低等特點，這些優(yōu)異特性也符合現在低碳、環(huán)保的大趨勢，LED已經被迅速的應用于各種背光、廣告燈、幕墻、路燈、節(jié)能燈、車燈等領域。

1 LED驅動電路的研究

LED大規(guī)模的使用，其驅動電路也層出不窮,LED驅動電路的選擇除了要滿足安全要求外，另外的基本功能應有兩個方面：一是盡可能保持恒流特性，尤其在電源電壓發(fā)生±15%的變動時，應仍能保持輸出電流在±10%的范圍內變動。二是驅動電路應保持較低的自身功耗，這樣才能使LED系統的效率保持在較高水平。根據能量來源的不同，LED驅動電路總體上可分為兩類，一是AC/DC轉換，能量來自交流市電，二是DC/DC轉換，能量來自直流電源。根據LED驅動原理的不同，又可以分為線性驅動電路和開關驅動電路。而理想的LED驅動電路應該具有以下特點：LED亮度不因輸入電壓變化而改變；LED工作狀態(tài)不因環(huán)境溫度變化而改變。由于LED本身內阻已經確定，那么亮度及色溫與所提供電壓有著直接的關系，電壓一旦有波動，必將造成工作狀態(tài)不穩(wěn)，忽暗忽亮的現象產生，尤其功率越大，這種現象就會越加嚴重。大功率LED的發(fā)光強度是由流過LED的電流決定的，電流過強會引起LED的衰減，電流過弱會影響發(fā)光強度，因此LED驅動需要提供恒流電源，以保證大功率的安全性，還需要滿足預期的亮度要求，并保證各個LED亮度、色度的一致性，亮度會隨工作電流的增大而增大，為保證流過每只LED的電流相同，就必須串聯使用,串聯使用使得LED點陣所需電源電壓高,一般小型產品電源電壓比較低,高電壓電源要求使得LED的應用受到了限制。所以，合理的設計升壓電路來驅動LED,是LED能夠得到廣泛應用的關鍵。

根據LED電流、電壓變化特點，采用恒壓驅動LED是可行的，而且在某些產品的應用上精確設計，其優(yōu)勢仍然是其它驅動方式無法取代的。但是，采用恒流驅動方式，仍然是比較理想的LED驅動方式，它能避免LED正向電壓的改變而引起電流變動，同時恒定的電流使LED的亮度穩(wěn)定。因此眾多廠家選用恒流方式驅動LED。其實每種驅動方式均有優(yōu)、缺點，根據LED產品的要求、應用場合的不同，應該合理選用LED的驅動方式，精確的設計驅動電源。

傳統上用于驅動燈泡、日光燈、節(jié)能燈、鈉燈等光源的電源并不適合直接驅動大功率LED。多種LED恒流驅動的電路實驗證明，并不是所有的恒流源都能夠作為理想的LED驅動電路，很多恒流源電路試驗后也會出現不同的問題，需要反復的推敲、研究，下面就一種恒流源電路加以論述。

2 LED驅動電路的實現

大功率LED是指擁有大額定工作電流的發(fā)光二極管。普通LED功率一般為0.05W、工作電流為20mA，而大功率LED可以達到1W、3W、5W、8W 和10W甚至數十瓦，工作電流可以是幾十毫安到幾百毫安不等。由于目前大功率LED在光通量、轉換效率和成本等方面的制約，決定了大功率LED短期內的應用主要是一些特殊領域的照明。而通常LED工作方式都是多個發(fā)光管同時工作，以產生足夠亮度的光源。要求設計驅動電路：LED功率為1W，LED的工作方式為每三個串聯組成一組，之后再并聯，形成LED的工作矩陣。

電路的核心器件選用上海芯龍半導體公司生產的XL6005恒流驅動升壓變換器，該芯片的電路應用簡單，外部元器件比較少，故障點少，成本低。XL6005為升壓型驅動芯片，封裝形式為TO-252-5L,引腳說明為VIN：電源電壓輸入；FB：調整端；EN：芯片使能端，控制芯片輸出，低電平有效。芯片的特點為5V-32V范圍的寬輸入電壓，輸出最高可升壓到42V，驅動功率為16W，開關頻率為180HZ，參考電壓可低至0.2V，可以有效的提高系統的效率，同時FB腳可實現PWM調光。

電路如圖1所示。在此電路中，鑒于LED領域的系統需求，內部除了常規(guī)的限流電路，過溫度保護，開路保護外，還內置了專用LED的恒流，通過電阻RCS電阻測量LED電流，并實現電流模式控制。在正常工作情況，LED電流由0.22V的PWM控制器內部參考電壓除以RCS電阻值所決定。即：I=0.22V/RCS，因為RCS兩端的電壓降在正常工作條件下將一直保持在0.22V，過壓保護是芯片內置開路保護，保護電壓52V左右，芯片外部通過電阻R1和DS2測量輸出電壓并實現電壓模式控制，實現二次開路保護，一般過壓保護設置為比正常輸出電壓高20%。

圖1 XL6005實現的LED驅動電路

在芯片正常工作的時候，恒流起作用；當恒流這一路出現問題，過壓保護鉗位輸出電壓，使LED不會承受較大功率而燒毀。此工作電路，電壓輸入范圍較廣，可以介于DC5V-DC32V之間。表1中的數據為實際測量的不同輸入電壓情況下的輸出的電流值及電壓值。

表1 實際測量電路的工作參數

理論上認為，輸出電流能達到I=0.22V/RCS=0.22/0.1375=1.6A，而從實驗證明實際輸出電流經測量基本在1.25A左右，并且，不會隨著輸入電壓的高低變化而引起輸出電流的變化，即恒流效果較好?？紤]電路的熱效率，此時的散熱片面積要不小于50mm×50mm，來滿足溫度參數要求。

結論

隨著大功率LED的越來越廣泛的應用到各個領域，LED驅動電路的設計也越來越重要。從以上設計電路實驗得出，對于這種大功率LED工作的場所，采用恒流驅動電路來滿足LED的工作要求，既考慮了升降壓、隔離、恒流等問題，又考慮了過溫、過流保護及散熱等問題。本文重點探討了XL6005芯片應用電路，其外圍電路簡單，既可以節(jié)約能源，又可以實現功能，是一種很實用的驅動電路。另外，在很多大功率LED的驅動中，驅動模塊并聯實現功率增大的方法也經常被采用，即在以上基本電路的基礎上，還可以加以擴展其功能：兩個或多個模塊并聯，這就能夠得到不同大小的恒定輸出電流。

[1]陳傳虞.LED驅動芯片工作原理與電路設計[M].北京：人民郵電出版社，2011

[2]陳曉飛，鄒雪城，林雙喜.數字調光PWM升壓LED驅動芯片設計 [J].半導體光電，2008，29（4）：617-620．

[3]陳漢汛，倪爾東，劉利.LED 驅動電路及在車用光源設計中的應用 [J].武漢理工大學學報，2005，27（1）：67-69

[4]翟國富，胡泊，張賓瑞，王淑娟.LED 路燈恒流驅動電源可靠性容差設計技術的研究[J].電工技術學報，2011，26（1）：20-22