恒流源驱动电路的制作

1、 项目三项目三 LED屏幕显示屏幕显示项目描述项目描述 从从LED的光电特性入手分析恒流式驱动的优的光电特性入手分析恒流式驱动的优越性，进而禅述恒流源电路及其应用；从越性，进而禅述恒流源电路及其应用；从LED点阵显示屏的结构出发，分析点阵显示屏的结构出发，分析LED点阵显示屏点阵显示屏显示字符的原理；从显示字符的原理；从LED点阵显示字符实训，点阵显示字符实训，LED显示屏的组装，到显示屏的组装，到LED显示屏的调试和演显示屏的调试和演示操作，使操作技能得到进一步提高。示操作，使操作技能得到进一步提高。知识目标知识目标理解理解LED在显示领域的应用。在显示领域的应用。任务一任务一 恒流式驱动电

2、路恒流式驱动电路 技能目标技能目标学会学会LED条形屏的组装。条形屏的组装。任务任务任务二任务二 点阵显示系统点阵显示系统 任务三任务三 点阵显示系统的组装与软件操作点阵显示系统的组装与软件操作 任务一任务一 恒流式驱动电路恒流式驱动电路一、恒流式驱动电路一、恒流式驱动电路1LED驱动电源的特点及要求驱动电源的特点及要求 首先首先LED不能直接使用常规的电网电压，不能直接使用常规的电网电压， 从从LED的伏安特性可知，只能给的伏安特性可知，只能给LED两端两端 加上一定的直流电压或通上一定的直流电流才能使加上一定的直流电压或通上一定的直流电流才能使LED发亮，发亮，另外，在选择和设计另外，在选

3、择和设计LED驱动电源时还要考虑到以驱动电源时还要考虑到以下几点要求：下几点要求：（1）高可靠性）高可靠性（2）高效率）高效率（3）高功率因素）高功率因素n（4）驱动方式）驱动方式n（5）浪涌保护）浪涌保护n（6）保护功能）保护功能n（7）防护方面）防护方面n（8）驱动电源寿命要与）驱动电源寿命要与LED寿命相匹寿命相匹配配n（9）要符合安规和电磁兼容）要符合安规和电磁兼容2LED采用恒流源驱动的优点采用恒流源驱动的优点n（1）从）从LED的伏安特性分析的伏安特性分析n 若是采用恒压式供电，必须要求恒压若是采用恒压式供电，必须要求恒压源有足够高的精度，否则源有足够高的精度，否则LED工作极其工

4、作极其不稳定，不稳定，n 甚至会烧坏甚至会烧坏LED。（2）从伏安特性的温度系数分）从伏安特性的温度系数分析析LED的伏安特性并不是固定的，的伏安特性并不是固定的，而是随温度而变化的，所以电压而是随温度而变化的，所以电压定了，电流并不一定是不变的，定了，电流并不一定是不变的，而是随温度变化的。这是因为是而是随温度变化的。这是因为是LED是一个二极管，它的伏安特是一个二极管，它的伏安特性具有负温度系数的特点。性具有负温度系数的特点。 （3）LED显示屏的显示效果分析显示屏的显示效果分析 由于由于LED制造工式的差异性，即使是同制造工式的差异性，即使是同厂家同型号的厂家同型号的LED，其正向压降也

5、存在有，其正向压降也存在有分分散性，当采用恒压驱动多只并联的散性，当采用恒压驱动多只并联的LED时时，各工作电流也会有所不同，导致光学特，各工作电流也会有所不同，导致光学特性的不一致，因此，最好的办法是恒流控性的不一致，因此，最好的办法是恒流控制。制。二、恒流式驱动电路的形式与结构二、恒流式驱动电路的形式与结构1恒流式驱动恒流式驱动（a）三极管的）三极管的LED负载曲线负载曲线 （b）基极电流控制）基极电流控制 （c）基极电压控制）基极电压控制 图图3-3 LED作负载与三极管串联作负载与三极管串联图图3-3（a）是）是LED作为三极管放大电路的负载曲线作为三极管放大电路的负载曲线，如果直接使

6、用三极管基极电流控，如果直接使用三极管基极电流控制其集电极电流，如图制其集电极电流，如图3-3（b）所示，由于三极管）所示，由于三极管放大倍数的分散性，同样的基极电放大倍数的分散性，同样的基极电流，会产生不同的集电极电流，因此采用基极电压流，会产生不同的集电极电流，因此采用基极电压控制方式更为合理，如图控制方式更为合理，如图3-3（c）所示，即在发射极中串联电阻所示，即在发射极中串联电阻Re，这时有，这时有IcIe(UbUbe)Re2基本恒流源电路基本恒流源电路图图3-4 基本镜像恒流源基本镜像恒流源 基本镜像恒流源电路，如图基本镜像恒流源电路，如图3-4所示。三极管所示。三极管T1、T2参数

7、完全相同，则有参数完全相同，则有 12，ICEO1ICEO2，由于两管具有相同的基，由于两管具有相同的基-射极射极间电压（间电压（UBE1UBE2)， 故故IE1IE2，IC1IC2。当。当较大时，基极电流较大时，基极电流IB可以忽可以忽略，所以略，所以T2的集电极电的集电极电 流流IC2近似等于基准电流近似等于基准电流IREF，即：，即：IC2 IC1IREF(UCCUBE)RUCCR 由上式可以看出，当由上式可以看出，当 R 确定后确定后 IREF 就确定了，就确定了，IC2 也随也随 IREF 而定。我们可以而定。我们可以把把 IC2 看作是看作是 IREF 的镜像，所以称为镜像恒流源。

8、的镜像，所以称为镜像恒流源。 （2）用三极管提供基准电压的恒）用三极管提供基准电压的恒流源流源图图3-5 三极管三极管be电压作基准电压的恒流源电压作基准电压的恒流源 （3）用稳压二极管提供基准电压的恒流源）用稳压二极管提供基准电压的恒流源图图3-6 稳压二极管作基准电压的恒流源稳压二极管作基准电压的恒流源（4）用三端可调电压基准集成电路提供基准电压的恒流源）用三端可调电压基准集成电路提供基准电压的恒流源图图3-7 TL431的图形符号和外形图的图形符号和外形图TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电压用两个电阻是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源。它的输出电

9、压用两个电阻就可以任意地设置从就可以任意地设置从2.5V到到36V范围内的任何基准电压值。范围内的任何基准电压值。TL431可等效为一只稳压二极管，其基本连接方法如图可等效为一只稳压二极管，其基本连接方法如图3-8所示。图（所示。图（a）作为）作为2.5V基基准电压源；图（准电压源；图（b）作为可调基准电压源，电阻）作为可调基准电压源，电阻R1和和R2与输出电压的关系为与输出电压的关系为UO=2.5(1+R1/R2)V。（a）2.5V基准源基准源 （ b）可调基准源）可调基准源 图图3-8 TL431的基本连接方式的基本连接方式 如图如图3-9 所示，是所示，是TL431作作2.5V基准电压的

10、恒流源，电阻基准电压的恒流源，电阻R2是电压取样电阻。一旦需是电压取样电阻。一旦需要的电流大小确定后，这个阻值就定了，要的电流大小确定后，这个阻值就定了，R22.5I。图图3-9 TL431作基准电压的恒流源作基准电压的恒流源3集成恒流源集成恒流源 目前由于目前由于LED的广泛使用，对的广泛使用，对LED驱动电路的功能和品驱动电路的功能和品质等各方面均提出了较高质等各方面均提出了较高 的要求，现在许多集成电路（的要求，现在许多集成电路（IC）产家已生产出各种类）产家已生产出各种类型的型的LED驱动驱动IC，以便在，以便在 不同的情况下供设计人员选择，不同的情况下供设计人员选择，LED驱动驱动I

11、C目前市场需目前市场需求按应用来分基本有四大求按应用来分基本有四大 类：类：（1）用于消费性电子产品，其应用特点是以电池为能源）用于消费性电子产品，其应用特点是以电池为能源，一般为，一般为4.2V8.4V，因此，因此 低电压、小电流的低电压、小电流的LED驱动电源是目前量大面广的驱动电源是目前量大面广的产品，消费性电子产品的产品，消费性电子产品的LED 驱动电源拥有比较成熟的技术、产品和相对成熟的驱动电源拥有比较成熟的技术、产品和相对成熟的市场。市场。（3）用于建筑装饰照明和家庭照明，主要功能是将交流电压转）用于建筑装饰照明和家庭照明，主要功能是将交流电压转换为恒流电源，并同换为恒流电源，并同

12、 时完成与时完成与LED的电压和电流的匹配。建筑装饰照明和家庭的电压和电流的匹配。建筑装饰照明和家庭照明，则需要将交流照明，则需要将交流 （AC）能直接变换成直流（）能直接变换成直流（DC）恒流源的）恒流源的LED驱动驱动IC，目前还不能提供单个的目前还不能提供单个的 集成电路产品，大多数是模块化电路。集成电路产品，大多数是模块化电路。（2）用于汽车照明产品，因其电源稳压器来自汽车蓄）用于汽车照明产品，因其电源稳压器来自汽车蓄电池，一般是电池，一般是48V，所以需要，所以需要 较高电压降压的较高电压降压的LED驱动驱动IC。汽车照明产品使用。汽车照明产品使用LED的数量较多，的数量较多，LED

13、多采用多采用 串、并联连接，需要较高的电压，对于取自串、并联连接，需要较高的电压，对于取自48V汽车蓄电池的电源来说是十分汽车蓄电池的电源来说是十分 方便的。方便的。（4）用于）用于LED屏幕显示，屏幕显示，LED显示屏显示屏驱动驱动IC可分为通用可分为通用IC和专用和专用IC两种。两种。三、集成恒流源电路的应用三、集成恒流源电路的应用1低电压类低电压类IC低电压类低电压类IC是指其输入电压低，一般不超过是指其输入电压低，一般不超过DC15V，主要在以电池为电源的便携式产品中，主要在以电池为电源的便携式产品中使用。可实现低电压类驱动的使用。可实现低电压类驱动的IC型号较多，几型号较多，几乎大多

14、数的乎大多数的IC生产公司均有相似的产品。每个生产公司均有相似的产品。每个型号的型号的LED驱动驱动IC既有共同点，又有各自的特既有共同点，又有各自的特点。如有的具有可调光功能，点。如有的具有可调光功能，（1） LM3590为小功率白色为小功率白色LED简单驱动简单驱动IC，如图，如图3-10所示是所示是它的外形图，输入它的外形图，输入 电压电压6V12V；输出电流；输出电流20mA；降压型；降压型；SOT235贴片封装。贴片封装。图图3-10 LM3590外形图外形图LM3590的引脚功能：的引脚功能：1可编程电流输入端，编程电阻可编程电流输入端，编程电阻RSET =100 （125IOUT

15、）；）；2地；地；3恒流输出端；恒流输出端；4电压输入端，输入电压范围电压输入端，输入电压范围6V12V；5使能端。使能端。EN为低电平时，无输出；为低电平时，无输出；EN为高电平时，有输出。为高电平时，有输出。LM3590的典型应用电路，如图的典型应用电路，如图3-11所示。所示。 图图3-11 LM3590的典型应用电路的典型应用电路（2）MAX1561为高效率升压型变换器，它们能够以恒定电为高效率升压型变换器，它们能够以恒定电流、流、87的效率驱动的效率驱动 多达多达6个白光个白光LED，可为便携式电子设备提供背光照明，可为便携式电子设备提供背光照明。其升压转换结构允。其升压转换结构允

16、许白光许白光LED串联连接，使每个串联连接，使每个LED保持相同的电流，保持相同的电流，以获得均匀的亮度，不以获得均匀的亮度，不 需要限流电阻。需要限流电阻。图图3-12 MAX1561的典型应用电路的典型应用电路 2中电压类中电压类IC中电压类中电压类IC是指其输入电压一般在几伏至几十伏之间，该是指其输入电压一般在几伏至几十伏之间，该类类IC主要可用于以蓄电主要可用于以蓄电池为输入电压源，以汽车的池为输入电压源，以汽车的LED灯饰产品为主，如用于汽灯饰产品为主，如用于汽车阅读灯、刹车灯、转向灯等。车阅读灯、刹车灯、转向灯等。AMC7150的典型应用电路，如图的典型应用电路，如图3-13所示。

17、所示。 图图3-13 AMC7150的典型应用电路的典型应用电路3高电压类高电压类IC高电压类高电压类IC是指其输入电压一般可达到几百伏，它的输入端能承受由市电是指其输入电压一般可达到几百伏，它的输入端能承受由市电直接直接整流得到的全部直流电压，而不需要降压。这类整流得到的全部直流电压，而不需要降压。这类IC主要用于以市电为电源主要用于以市电为电源的各的各种照明中，如户外景观灯、种照明中，如户外景观灯、LED路灯、路灯、LED日光灯、日光灯、LED射灯、射灯、LED台灯台灯等。等。HV9910的典型应用电路，如图的典型应用电路，如图3-14所示。所示。图图3-13 AMC7150的典型应用电路

18、的典型应用电路四、四、LM317恒流源电路的分析和指导恒流源电路的分析和指导1LM317集成电路介绍集成电路介绍LM317是三端可调稳压集成电路，输出电压范围是是三端可调稳压集成电路，输出电压范围是1.2V 至至37V，负载电流最，负载电流最大为大为1.5A。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线。它的使用非常简单，仅需两个外接电阻来设置输出电压。此外它的线性调性调整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。整率和负载调整率也比标准的固定稳压器好。LM317 内置有过载保护、安全内置有过载保护、安全区保区保护等多种保护电路。护等多种保护电路。图图3-15 LM317外形图和图

19、形符号外形图和图形符号2用用LM317构建恒流源电路构建恒流源电路图图3-16 LM317的恒流源电路的恒流源电路 LM317工作时，工作时，LM317建立并保持输出端与调节端之间建立并保持输出端与调节端之间125V的标的标称参考称参考 电压电压(Vref)，利用这一特点可以构建一个简单的恒流源电路，如图，利用这一特点可以构建一个简单的恒流源电路，如图3-16所示。所示。 从图可以看出，流过负载从图可以看出，流过负载RL的电流的电流IO为：为：IOI1I2。 而而I2U21R1，因，因U21之间的电压为之间的电压为1.25V且固定不变，若保持且固定不变，若保持R1不不变，则变，则I2 也就不变

20、，又因也就不变，又因I1相对于相对于IO而言很小，所以而言很小，所以IOI2能保持不变，即输出能保持不变，即输出电流恒定。电流恒定。3LM317构成恒流源驱动构成恒流源驱动LED图图3-17 由由LM317构成构成LED恒流驱动电路恒流驱动电路 LED选用普通白光型，其工作电压为选用普通白光型，其工作电压为3.03.5V，工作电流为，工作电流为 15mA20mA， 电源输电源输入电压为入电压为12V，因本电路是降压型，因本电路是降压型， 故故UO必必须小于须小于Ui，因此采用，因此采用3只只LED 串联组成一条串联组成一条支路，共用支路，共用12只只LED组成四条支路。组成四条支路。复习思考题

21、复习思考题1LED驱动电源的特点是什么？驱动电源的特点是什么？2用恒流源驱动用恒流源驱动LED，是不是说，是不是说LED可以无限制的串可以无限制的串联或并联使用？联或并联使用？3LED驱动驱动IC按应用来分有几类？主要用于哪些场合按应用来分有几类？主要用于哪些场合？4. 低压类、中压类和高压类的驱动低压类、中压类和高压类的驱动IC有什么主要的区别有什么主要的区别？技能训练一技能训练一恒流源驱动电路的制作和安装恒流源驱动电路的制作和安装 1.实训目的实训目的（1）进一步了解）进一步了解LM317组成的恒流源驱动组成的恒流源驱动LED电电路工作原理；路工作原理；（2）学习用）学习用LM317组建恒

22、流源电路的方法和实际组建恒流源电路的方法和实际电路的连接；电路的连接；（3）学习）学习LED驱动电源性能的测试方法。驱动电源性能的测试方法。2.实训器材实训器材按表按表3-1恒流源驱动电路的制作和安装实训器材准备。恒流源驱动电路的制作和安装实训器材准备。表表3-1 恒流源驱动电路的制作和安装实训器材恒流源驱动电路的制作和安装实训器材序号序号名称名称型号与规格型号与规格数数 量量1 1三端可调稳压器集成电三端可调稳压器集成电路路LM317LM3171 12 2电阻电阻1818，14W1 13 3LEDLED普通白光普通白光12124 4万能板万能板单面板单面板1 15 5可调直流电源可调直流电源

23、0 024V24V1 16 6数字万用表数字万用表自定自定1 17 7电烙铁电烙铁35W35W（或自定）（或自定）1 13.实训内容与步骤实训内容与步骤按图按图3-17所示，制作和安装恒流源驱动电路的步骤如下所示，制作和安装恒流源驱动电路的步骤如下。（1）用万用表检测各元器件，确认各元器件的引脚和）用万用表检测各元器件，确认各元器件的引脚和极性。极性。（2）按装配图，安装元器件。）按装配图，安装元器件。（3）焊接元器件；焊接元器件间的连接线。）焊接元器件；焊接元器件间的连接线。（4）检查电路无误后，焊上断口）检查电路无误后，焊上断口K1和和K2，接通电源，接通电源（DC12V），），LED点亮。点亮。4LM317恒流源驱动恒流源驱动LED电路的测试与分析电路的测试与分析（1）电路的稳流性能测试）电路的稳流性能测试输入电压从输入电压从8V逐渐增加到逐渐增加到15V，测量电路的输出电流，并观察，测量电路的输出电流，并观察LED的亮度变化情况。的亮度变化情况。测量数据填入表测量数据填入表3-2中。中。表表3-2 电路的稳流性能测试