LED及其驱动电路设计基础

LED温度和LED正向导通压降                图7相对光通量和LED温度

图8色坐标和LED温度            　　图9最大正向导通电流和LED温度

图10 LED抗脉冲电流冲击曲线

　　LED在电路中的连接方式

　　LED在电路中的连接方式主要包括串联、并联、串并联混合连接。

　　LED 串联

　　LED串联连接方式的特点是总压降等于所有LED压降之和，每颗LED电流相等。由于各串联LED工作电流相等，每颗LED的光通量输出和寿命具有良好的一致性。但是在光通量要求比较高而且LED驱动电流已经限定的情况下，需要较多颗数的LED串联， 因此LED串连的压降比较高，对于元件额定电压的选择，以及安规设计有比较高的要求。另外由于每颗LED正向导通压降的不同（特别是不同电压Bin的情况下）容易造成不同批次或同一批次不同LED负载电压公差比较大，特别是相对于同样流明输出的LED并联情况下LED负载变化范围比较宽。在恒流精度要求比较高的情况下要求驱动电路有比较好的负载调整率。

　　LED串联使用并在恒流驱动条件下，当其中一颗或几颗短路时，其它未短路的LED可以正常工作，但其中任何一颗或几颗LED开路情况下，其它LED 将无法点亮。

　　LED串联，如下图11所示：

　　图11 LED串联电路

　　LED 并联

　　并联连接方式的特点是总电流等于各并联LED电流之和，加载在各串LED的电压相等。由于LED最大电流的限制，可用多个较小额定电流的LED并联来实现较高的光通量输出。由于LED并联电压相对比较低，因此对LED驱动电路元件的额定电压要求比较低，额定电流要求比较高。但是如果各LED正向导通压降不同（特别是在LED不同电压Bin的情况下），容易造成各LED不均流，从而导致LED亮度不均匀。随着LED结温的不断升高，这种不均流将加剧，在不均流比较严重的情况下如果驱动电流大于LED最大工作电流时容易造成LED损坏。为减小此种不均流现象，可以通过选用同一电压Bin的LED 进行并联使用。

　　LED并联使用，当其中某一颗或几颗LED开路时，其它LED在未过流的情况下可以工作。但其中任何一颗LED短路情况下，其它并联LED灯将无法点亮。

　　LED并联，如下图12所示：

　　图12 LED 并联电路

　　LED 串并联混合连接方式

　　LED串并联或LED矩阵的连接方式随着光通量要求的不断提高和光学设计的多样化需求在LED灯中广泛应用。在同样流明输出的情况下（特别是对于较高流明输出的LED灯的电路设计），这种串并联混合的连接方式既避免了多颗LED串联导通压降比较高的问题，又可以兼具LED并联连接方式的优点，即可以用多个较低功率的LED和较低LED驱动电压的方式来实现更高的光通量输出。但是由于LED正向导通压降的不同（特别是在LED不同电压Bin的情况下），串并联混合连接电路中不均流问题仍然存在。

　　LED 串并联混合连接方式，当某颗或某串LED损坏，在其它LED未过流驱动的情况下，未损坏的LED仍然可以点亮工作。

　　LED串并联混合连接如下图13所示：

　　图13 LED串并联电路

　　LED矩阵如下图14所示：

　　图14 LED矩阵

　　LED 驱动器的主要实现方式

　　恒流驱动

　　恒流驱动电路输出的电流是基本恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化的驱动电路。恒流驱动是比较理想的LED驱动方式。

　　常用的恒流驱动电路可分为线性LED恒流驱动电路和开关模式LED恒流驱动电路。

　　对于线性恒流LED恒流驱动电路，其具备电路简单，成本较低的特点。由于不需要电感，高频变压器，电解电容等元件，大大降低了电路成本和提高了EMI特性，延长了LED驱动器的使用寿命。

　　基于BCR420U的线性恒流LED驱动电路如下图15所示：

　　图15 基于BCR420U的线性恒流LED驱动电路

　　开关模式LED恒流驱动电路，比较起线性恒流驱动电路，具有高效率，高恒流精度的特点。根据不同输入输出条件可灵活选择升压，降压，升降压等拓朴结构。开关模式LED恒流驱动电路应用领域广泛。但开关模式的LED恒流驱动电路相对复杂，成本较高。

　　基于ILD4001的DC/DC Buck LED恒流驱动电路如下图16所示：

　　图16 基于ILD4001的DC/DC Buck LED恒流驱动电路

　　恒压驱动

恒压LED驱动电路，是输出电压基本恒定的。常用的恒压驱动电路可分为线性LED恒压驱动电路和开关模式LED恒流驱动电路。线性恒压LED驱动电路比较简单，成本低，适合驱动低功率LED，但电路效率比较低；开关模式恒压LED电路，比较起线性恒压电路效率