学习单元4LED驱动电路分析

1、1学习单元学习单元4 LED4 LED驱动电路分析驱动电路分析4.1 LED驱动器驱动器 4.2 LED与驱动器的匹配与驱动器的匹配 4.3 典型典型LED驱动器及应用驱动器及应用 4.4 典型典型DC/DC变换电路变换电路 4.5 白光白光LED驱动电路驱动电路 4.6 LED集成驱动电路集成驱动电路 4.1 LED驱动器驱动器 2.常用的LED电源驱动方案 1 LED驱动器的要求 提纲提纲3.LED显示驱动方式 1. LED驱动器的要求驱动器的要求 为满足便携式产品的低电压供电，驱动器应有升压功能，以满足为满足便携式产品的低电压供电，驱动器应有升压功能，以满足13节充电电池或节充电电池或1

2、节锂离子电池供电的要求，并要求工作到电池终止放节锂离子电池供电的要求，并要求工作到电池终止放电电压为止。电电压为止。驱动器要有高的功率转换效率，以延长电池的寿命或两次充电之间的驱动器要有高的功率转换效率，以延长电池的寿命或两次充电之间的时间间隔。时间间隔。在多个在多个LED并联使用时，要求各并联使用时，要求各LED的电流相匹配，使亮度均匀。的电流相匹配，使亮度均匀。功耗低，静态电流小，并且有关闭控制功能。功耗低，静态电流小，并且有关闭控制功能。LED的最大电流的最大电流ILED可设定，在使用过程中可调节（亮度调节）。可设定，在使用过程中可调节（亮度调节）。有完善的保护电路，如低压锁存、过压保护

3、、过热保护、输出开路或有完善的保护电路，如低压锁存、过压保护、过热保护、输出开路或短路保护等。短路保护等。外围元件少而小，使其占印制板面积小，以便小尺寸封装。外围元件少而小，使其占印制板面积小，以便小尺寸封装。使用方便，价位低，对其他电路的干扰影响小。使用方便，价位低，对其他电路的干扰影响小。2 常用的常用的LED电源驱动方案电源驱动方案1）低压驱动）低压驱动 2 ）过渡电压驱动）过渡电压驱动 3 ）高压驱动）高压驱动 4 ）市电驱动）市电驱动综合控制驱动综合控制驱动静态显示驱动电路静态显示驱动电路3 LED显示驱动方式显示驱动方式1）静态显示驱动法）静态显示驱动法2）动态显示驱动法）动态显示

4、驱动法动态显示驱动电路动态显示驱动电路3）MCU程序的实现程序的实现LED有关显示功能的逻辑关系有关显示功能的逻辑关系 实现定时中断的方法实现定时中断的方法 跑步机功能流程跑步机功能流程 4.2 LED与驱动器的匹配与驱动器的匹配 2 LED全部串联方式3 LED全部并联方式1 匹配问题的提出提纲提纲4 LED混联方式5 交叉阵列形式6 驱动电路的拓扑结构 匹配的差异级别包括发光强度和色度。色度决定显示匹配的差异级别包括发光强度和色度。色度决定显示的颜色，大多与执行设计所使用的半导体工艺有关。的颜色，大多与执行设计所使用的半导体工艺有关。电气工作条件对色度的影响很小。对于发光强度而言，电气工作

5、条件对色度的影响很小。对于发光强度而言，筛选工艺可测量在给定正向工作电流下发光强度筛选工艺可测量在给定正向工作电流下发光强度。1 匹配问题的提出匹配问题的提出2 LED全部串联方式全部串联方式1）电路特性）电路特性LED以全部串联方式连接以全部串联方式连接 2）驱动器选择）驱动器选择 1）电路特性）电路特性3 LED全部并联方式全部并联方式LED采用全部并联方式采用全部并联方式全部并联方式应用全部并联方式应用 当某一只当某一只LED因品质不良而断路时，因品质不良而断路时，如果采用稳压式如果采用稳压式LED驱动方式驱动器驱动方式驱动器的输出电流将减小，但不影响余下的的输出电流将减小，但不影响余下

6、的所有所有LED正常工作。正常工作。 如果采用恒流式如果采用恒流式LED驱动方式，由于驱动方式，由于驱动器的输出电流保持不变，分配在驱动器的输出电流保持不变，分配在余下的余下的LED中的电流将增大，容易损中的电流将增大，容易损坏所有的坏所有的LED。 解决办法是尽量多地并联解决办法是尽量多地并联LED，当断，当断开某一只开某一只LED时，分配在余下的时，分配在余下的LED中的电流不大，不至于影响余下的中的电流不大，不至于影响余下的LED正常工作。正常工作。2） 驱动器的选择驱动器的选择 4 LED混联方式混联方式 1）电路组成）电路组成LED采用混联方式连接图采用混联方式连接图 当某一串联支路

7、上有一当某一串联支路上有一只只LED品质不良而短路品质不良而短路时，不管采用稳压式驱时，不管采用稳压式驱动方式还是恒流式驱动动方式还是恒流式驱动方式，该串联支路相当方式，该串联支路相当于少了一只于少了一只LED，通过，通过该串联电路的电流将增该串联电路的电流将增大，多表现为断路。大，多表现为断路。 断开一个断开一个LED串联支路串联支路后，如果采用稳压式驱后，如果采用稳压式驱动方式，驱动器的输出动方式，驱动器的输出电流将减小，而不影响电流将减小，而不影响余下的所有余下的所有LED正常工正常工作。作。2）电路性能分析）电路性能分析LED采用混联方式应用采用混联方式应用5 交叉阵列形式交叉阵列形式

8、 LED交叉阵列形式的电路图交叉阵列形式的电路图 LED驱动电路的拓扑结构驱动电路的拓扑结构简单的简单的LED驱动电路拓扑结构图驱动电路拓扑结构图 LED驱动电路结构框图驱动电路结构框图 4.3 LED与驱动器的匹配与驱动器的匹配 2电感式LED驱动器3电荷泵式LED驱动器1电容降压式LED驱动器提纲提纲4 LED恒流驱动器5 LED调光驱动 电路中利用两只反向并联的电路中利用两只反向并联的LED对降压后的交流电进行整对降压后的交流电进行整流。该电路广泛应用在夜光灯、按钮指示灯及一些要求不流。该电路广泛应用在夜光灯、按钮指示灯及一些要求不高的位置指示灯等场合。高的位置指示灯等场合。1电容降压式

9、电容降压式LED驱动器驱动器1) 最简单的电容降压电路最简单的电容降压电路最简单最简单LED的电容降压电路的电容降压电路2) 采用压敏电阻的电容降压采用压敏电阻的电容降压LED驱动电路驱动电路3) 采用可控硅的电容降压采用可控硅的电容降压LED驱动电路驱动电路4) 具有滤波单元的电容驱动电路具有滤波单元的电容驱动电路 2 电感式电感式LED驱动器驱动器 典型电感式典型电感式LED驱动器的原理图驱动器的原理图3 电荷泵式电荷泵式LED驱动器驱动器基于电荷泵的基于电荷泵的LED驱动器组成框图驱动器组成框图利用电荷泵控制利用电荷泵控制3个个LED将将MAX1916的输出并联，提供更高的电流增益的输出

10、并联，提供更高的电流增益新型电荷泵变换器的特点新型电荷泵变换器的特点 1)提高输出电流及降低输出提高输出电流及降低输出电阻电阻 2)减小功耗减小功耗 3)扩大输入电压范围扩大输入电压范围 4)减小所占印制板的面积减小所占印制板的面积 5)输出负电压可调整输出负电压可调整通过电阻设定输出电压的电路图通过电阻设定输出电压的电路图电荷泵的选用电荷泵的选用 转换效率要高。转换效率要高。 静态电流要小，可以实现节能运行。静态电流要小，可以实现节能运行。 输入电压要低，尽可能利用电池的潜能。输入电压要低，尽可能利用电池的潜能。 噪声要小，对整体电路无干扰。噪声要小，对整体电路无干扰。 功能集成度要高，以提

11、高单位面积的使用效率，便于设计功能集成度要高，以提高单位面积的使用效率，便于设计更小型的电子产品。更小型的电子产品。 具有足够的输出调整能力，以使电荷泵不会因工作在满负具有足够的输出调整能力，以使电荷泵不会因工作在满负荷状态下而发热。荷状态下而发热。 电荷泵的封装尺寸要小，这是电子产品的普遍要求。安装电荷泵的封装尺寸要小，这是电子产品的普遍要求。安装成本低，包括电荷泵周边电成本低，包括电荷泵周边电 路要少占路要少占PCB面积，并且走线少而简单。面积，并且走线少而简单。 要具有关闭控制端，可在长时间待机状态下关闭电荷泵，要具有关闭控制端，可在长时间待机状态下关闭电荷泵，使供电电流消耗近乎为零。使

12、供电电流消耗近乎为零。 可控恒流源应是实现可控恒流源应是实现亮度控制最简单的方亮度控制最简单的方案。案。 LCD背光装置则大多背光装置则大多采用采用PWM电源为电源为LED供电，以避免这供电，以避免这一一“色偏色偏”问题。问题。 目前多已改用集成恒目前多已改用集成恒流源为白光流源为白光LED供电，供电，可以消除电源电压变可以消除电源电压变动所造成的不利影响。动所造成的不利影响。 4 LED恒流驱动器恒流驱动器 恒流源集成电路恒流源集成电路AS1109的封装形式的封装形式5 LED调光驱动调光驱动( 四种实现方式四种实现方式)4.4 典型典型DC/DC变换电路变换电路2有变压器隔离的DC/DC变

13、换电路1 无隔离的DC/DC变换电路提纲提纲1 无隔离的无隔离的DC/DC变换电路变换电路1）降压式变换器）降压式变换器如图如图a所示所示无隔离的无隔离的DC/DC变换电路变换电路2）升压式变换器）升压式变换器如图如图b所示所示3）降升压式变换器）降升压式变换器 如图如图c所示所示 2 有变压器隔离的有变压器隔离的DC/DC变换电路变换电路1）单端正激）单端正激DC/DC变换器变换器单端正激单端正激DC/DC变换器的电路图变换器的电路图2）单端反激）单端反激DC/DC变换器变换器单端反激单端反激DC/DC变换器的电路图变换器的电路图3）双管正激）双管正激DC/DC变换器变换器双管正激双管正激D

14、C门门DC变换器的电路图变换器的电路图4）双管反激）双管反激DC/DC变换器变换器双管反激双管反激DC/DC变换器的电路图变换器的电路图5）半桥）半桥DC/DC变换器变换器半桥半桥DC/DC变换器的电路图变换器的电路图6）全桥）全桥DC/DC变换器变换器全桥全桥DC/DC变换器的电路图变换器的电路图7）推挽式）推挽式DC/DC变换器变换器推挽式推挽式DC/DC变换器的电路图变换器的电路图4.5 白光白光LED驱动电路驱动电路2白光LED驱动方案的选择3常见的白光LED驱动电路1调光功能的实现方式提纲提纲 采用模拟方式调光技术时，只需将白光采用模拟方式调光技术时，只需将白光LED的电流降至的电流

15、降至最大值的一半，就能让屏幕亮度降低最大值的一半，就能让屏幕亮度降低50%。这种方法的。这种方法的缺点是白光缺点是白光LED的色移需要模拟控制信号。的色移需要模拟控制信号。 PWM方式调光技术可在减小的电流占空周期内提供完整方式调光技术可在减小的电流占空周期内提供完整的电流给白光的电流给白光LED，例如要将亮度降低一半，只需在，例如要将亮度降低一半，只需在50%的占空周期内提供完整的电流。的占空周期内提供完整的电流。 1调光功能的实现方式调光功能的实现方式调光功能的实现方式可分为两种：模拟方式和调光功能的实现方式可分为两种：模拟方式和PWM方式。方式。 所有专为驱动白光所有专为驱动白光LED而

16、设计的而设计的IC都提供恒定电都提供恒定电流，其中绝大多数是基于电感或电荷泵的解决方流，其中绝大多数是基于电感或电荷泵的解决方案，这两种解决方案各有其优缺点。案，这两种解决方案各有其优缺点。 电荷泵解决方案也称为开关电容器解决方案，利电荷泵解决方案也称为开关电容器解决方案，利用分离电容器将电源从输入端传送至输出端，整用分离电容器将电源从输入端传送至输出端，整个过程不需使用任何电感，所以是受欢迎的解决个过程不需使用任何电感，所以是受欢迎的解决方案。方案。 电感式驱动电路体积小，效率高，适合为绝大多电感式驱动电路体积小，效率高，适合为绝大多数便携式电子产品提供更长的电池使用时间。数便携式电子产品提

17、供更长的电池使用时间。 2 白光白光LED驱动方案的选择驱动方案的选择 电感式升压变换器解决方案电感式升压变换器解决方案 该电路利用电压源变换器与该电路利用电压源变换器与限流电阻来控制白光限流电阻来控制白光LED的的电流。电流。 该做法的优点是可以选用多该做法的优点是可以选用多种稳压器，同时只需将稳压种稳压器，同时只需将稳压器的一端连接到白光器的一端连接到白光LED上；上； 缺点是由于限流电阻所带来缺点是由于限流电阻所带来的功率耗损以及白光的功率耗损以及白光LED的的正向电流没有被精确控制，正向电流没有被精确控制，因此效率不佳。因此效率不佳。 3 常见的白光常见的白光LED驱动电路驱动电路电压

18、源变换器与限流电阻电压源变换器与限流电阻 1）电压源变换器与限流电阻电路）电压源变换器与限流电阻电路 该电路对于同一该电路对于同一生产厂同批次的生产厂同批次的LED来说匹配精来说匹配精度较高，而对不度较高，而对不同生产厂不同批同生产厂不同批次的次的LED来说匹来说匹配精度较差。配精度较差。 2）电流源变换器与限流电阻电路）电流源变换器与限流电阻电路电流源变换器与限流电阻电流源变换器与限流电阻 电流的稳定精度电流的稳定精度与匹配度由每个与匹配度由每个独立的电流控制独立的电流控制器的精度所决定。器的精度所决定。 采用采用MAX1570变变换器可达到换器可达到2%的的电流精度以及电流精度以及0.3%

19、的电流匹配的电流匹配度。度。 3）多重电流源变换器）多重电流源变换器 多重电流源变换器多重电流源变换器 采用电感升压采用电感升压式变换器来稳式变换器来稳定白光定白光LED电电流的电路，其流的电路，其中反馈电压可中反馈电压可以将电流检测以将电流检测电阻的功率损电阻的功率损耗降到最低。耗降到最低。 电感升压式变换器且电感升压式变换器且LED以串以串联形式连接联形式连接4）电感升压式变换器且）电感升压式变换器且LED以串联形式连接以串联形式连接4.6 LED集成驱动电路集成驱动电路 2 开关式驱动LED的电路3 限流开关 1 电荷泵驱动电路提纲提纲4 闪光灯用LED驱动器5 六路串联白光LED驱动6

20、 集成肖特基二极管驱动器 （1）主要技术特性）主要技术特性固定高频工作频率为固定高频工作频率为2MHz。输出电流为输出电流为lOOmA。输出电压稳定，输出电压稳定，CAT3200-5的输出电压固定为的输出电压固定为5V，CAT3200的输出的输出电压可调。电压可调。静态电流的典型值为静态电流的典型值为1.7mA。输入电压低至输入电压低至2.7V时仍可正常工作。时仍可正常工作。具有软启动、斜率控制，过热关断保护等功能。具有软启动、斜率控制，过热关断保护等功能。低值的外部电容（低值的外部电容（1uF）。）。关断电流小于关断电流小于lUA，有折返电流上限保护和过热保护。，有折返电流上限保护和过热保护

21、。CAT3200-5采用小型（厚度为采用小型（厚度为Imm）6脚脚SOT-23封装，封装，CAT3200采采用用MSOP-8和小型（厚度为和小型（厚度为0.8mm）TDFN封装。封装。1 电荷泵驱动电路电荷泵驱动电路1）CAT3200/CAT3200-5电荷泵驱动的白光电荷泵驱动的白光LED电路电路(2)典型应用电路典型应用电路CAT3200和和CAT3200-5的典型应用电路的典型应用电路 （1） MAX1576的主要技术特性的主要技术特性驱动多达驱动多达8个个LED。30mA驱动用于背光照明，驱动用于背光照明，400mA驱动用于闪光驱动用于闪光灯。灯。在整个锂离子电池放电过程中可实现在整个

22、锂离子电池放电过程中可实现85%的平均效率，的平均效率，LED的电流匹的电流匹配精度为配精度为0.7%。自适应的自适应的lx、1.5x、2x模式切换，灵活的亮度控制。模式切换，灵活的亮度控制。单线，串行脉冲接口单线，串行脉冲接口(5%l00%)，2位（位（3电平）对数逻辑。电平）对数逻辑。低输入纹波和低输入纹波和EMI，O.luA低关断电流。低关断电流。电源电压范围为电源电压范围为2.75.5V。具有软启动限制浪涌电流、输出过压保护和热关断保护功能。具有软启动限制浪涌电流、输出过压保护和热关断保护功能。MAX1576采用采用24引脚引脚4mm4mm薄型薄型QFN封装封装(最大厚度为最大厚度为0

23、.8mm)。2）MAX1576电荷泵驱动的白光电荷泵驱动的白光LED电路电路（2）典型应用电路）典型应用电路 MAX1576电荷泵驱动白光电荷泵驱动白光LED的电路的电路 AAT3110的主要技术参数的主要技术参数输入电压：输入电压：Vn.I= 2.75.5V。输出电压：输出电压：VOUT= 5.OV/lOOmA。静态电流：静态电流：Iq= 13uA。停机状态电流：停机状态电流：ISHDN= luA。工作效率：工作效率：90%以上。以上。工作频率：工作频率：750kHz。3）AAT3110电荷泵驱动的白光电荷泵驱动的白光LED电路电路AAT3110电荷泵驱动的白光电荷泵驱动的白光LED电路电路 SR036驱动白光驱动白光LED的应用电路的应用电路2 开关式驱动开关式驱动LED的电路的电路1) SR03驱动白光驱动白光LED的电路的电路 R1211系列产品采系列产品采用了用了CMOS工艺，是具工艺，是具有电流控制功能的低功有电流控制功能的低功耗开关式升压变换器耗开关式升压变换器; 外围电路简单，只外围电路简单，只需一个电感、一个二极需一个电感、一个二极管、一个场效应管以及管、一个场效应管以及几个电阻和电容，输入几个电阻和电容，输入电压范围是电压范围是2.55.5V，适用于单节锂