什么是高亮度LED，它需要用什么來(lái)驅(qū)動(dòng)？資料下載

??本文主要探討基于的LED驅(qū)動(dòng)器。它考察了以微控制器作為系統(tǒng)核心所能采用的各種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它還詳細(xì)討論了各種拓?fù)涞臋?quán)衡，著重于它們的主要特性和局限：通訊、電壓和電流容量、調(diào)光技術(shù)，以及開(kāi)關(guān)速度等。 ? ??什么是高亮度LED，它需要用什么來(lái)驅(qū)動(dòng)？ ? ??高亮度發(fā)光二極管（HI-LED）是一種半導(dǎo)體設(shè)備，只允許電流按一個(gè)方向流動(dòng)。它是由兩種半導(dǎo)體材料結(jié)合后所形成的PN結(jié)構(gòu)成的。高亮度LED與標(biāo)準(zhǔn)LED的差別在于它們的輸出功率。傳統(tǒng)LED的輸出功率一般都限定在50毫瓦以內(nèi)，而高亮度LED可達(dá)1-5瓦。 ??圖1顯示了HI-LED內(nèi)部電壓與電流的典型關(guān)系。在正向電壓 （VF）超出內(nèi)部門檻電壓前，HI-LED上幾乎沒(méi)有正向電流（IF）流過(guò)。如果VF進(jìn)一步升高，曲線將以線性斜率突然快速上升，形成一個(gè)形似膝蓋的曲線。 ? ?? ??圖1：LED的電壓與電流關(guān)系曲線 ? ??LED的輸出亮度與正向電流成正比，因此，如果IF未得到適當(dāng)控制，輸出亮度就可能出現(xiàn)無(wú)法接受的變化。另外，如果超過(guò)制造商規(guī)定的最大IF限制，還可能嚴(yán)重縮短LED的使用壽命。 ??高亮度LED應(yīng)該由電子驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，這些電子驅(qū)動(dòng)器的主要功能是構(gòu)成一個(gè)恒定的電流源。采用本文后面介紹的技術(shù)，這些電路可以提供發(fā)光度控制，在某些情況下還可以對(duì)溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。 ??為確保系統(tǒng)所提供色彩的一致性，HI-LED的制造商建議以恒定的標(biāo)稱電流的脈沖輸出對(duì)LED進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。 ? ??簡(jiǎn)單拓?fù)浼捌錂?quán)衡 ? ??設(shè)計(jì)高亮度LED驅(qū)動(dòng)器面臨的挑戰(zhàn)是構(gòu)造一個(gè)控制良好的、可編程的、穩(wěn)定的電流源，而且還有較高的效率。 ? ??使用串聯(lián)電阻器（線性法） ? ??調(diào)節(jié)電流的最簡(jiǎn)單方式就是加一個(gè)串聯(lián)電阻器，如圖2A所示。其優(yōu)點(diǎn)在于成本低、實(shí)施簡(jiǎn)單，而且不會(huì)由于開(kāi)關(guān)而產(chǎn)生噪音。不幸的是，這種拓?fù)溆袃蓚€(gè)主要缺陷：第一，電阻器上的大量損耗導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低；其次，它不能改變發(fā)光度。而且，這種方案需要用穩(wěn)壓源來(lái)得到恒定的電流。舉個(gè)例子，如果我們假設(shè)VDD是5伏，而LED的VF是3.0伏，那么如果需要產(chǎn)生350毫安的恒定電流，您將需要：R=V/I，此時(shí)R = （5V-3.0V）/350mA = 5.7Ω。 ??可以看到，采用這些值，R將消耗R×I2即0.7瓦（幾乎相當(dāng)于LED的功率），因此總體效率就不可避免地低于50%。 ??這種方法假定有恒定的VDD和恒定的VF。實(shí)際上，VF會(huì)隨著溫度的變化而變化，使得電流也發(fā)生變化。采用較高的VDD可以將由VF引起的總體電流變動(dòng)降至最低，但是會(huì)在電阻器上產(chǎn)生巨大損耗，從而進(jìn)一步降低效率。 ??當(dāng)我們構(gòu)造了一個(gè)流過(guò)LED的恒定電流后，就需要找到某種方法來(lái)設(shè)置不同的發(fā)光度。我們知道這些LED總是需要以其標(biāo)稱電流來(lái)驅(qū)動(dòng)的，所以我們可以用可編程的占空比來(lái)通斷電流，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光度的控制。這樣就需要一個(gè)開(kāi)關(guān)，如圖2B所示。 ? ?? ??圖2：LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)? ? ??采用線性電流源 ??加上一個(gè)晶體管和/或一個(gè)運(yùn)算放大器，可以把電流非常精確地設(shè)置為350毫安。不幸的是，總體效率和R的功率損耗問(wèn)題依舊。 ? ??采用低端開(kāi)關(guān)（開(kāi)關(guān)模式法） ? ??圖2C顯示了這一概念。如圖3所示，通過(guò)允許電感器L上的電流在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)上升，在開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)下降，我們可以調(diào)節(jié)流經(jīng)LED的電流。同任何感性負(fù)載一樣，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，我們需要為電流提供一條通路。這可以通過(guò)圖2D中的續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖中我們用N通道MOSFET來(lái)代替開(kāi)關(guān)，并且加上電阻器R用以測(cè)量流經(jīng)LED的電流。 ??當(dāng)電流降至低電流閾值（如300mA）時(shí)，開(kāi)關(guān)將導(dǎo)通，而當(dāng)電流升至高電流閾值（如400mA）時(shí)，開(kāi)關(guān)將斷開(kāi)。 ??此例中開(kāi)關(guān)置于低端（該方法因此得名），實(shí)現(xiàn)方法非常簡(jiǎn)單。導(dǎo)通FET只需在其門極上加5V電壓，這可以由微控制器的一個(gè)輸出口直接提供。而且，這種拓?fù)洳辉傩枰愣ǖ腣DD電壓，即使輸入電壓在波動(dòng)，也能維持調(diào)節(jié)電流。 ??電流感應(yīng)電阻R必須位于電路的“高端”部分。如果把它連到MOSFET的源極，就只能測(cè)得開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)LED上電流，不能用來(lái)調(diào)節(jié)另一個(gè)閾值了，參見(jiàn)圖3。 ? ?? ??圖3：LED和開(kāi)關(guān)電流 ? ??這種拓?fù)淇雌饋?lái)像是升壓轉(zhuǎn)換器的前端，它具有使用N通道、低成本FET的優(yōu)勢(shì)，但需要在R兩端進(jìn)行電壓差分測(cè)量，以獲取流經(jīng)LED的電流。 ??請(qǐng)注意開(kāi)關(guān)實(shí)際上提供了兩種功能：首先，它使得在電感器上產(chǎn)生可調(diào)節(jié)的電流；其次，它允許發(fā)光度調(diào)節(jié)。