LED 制造商持续改进 LED 产品,用于各类照明应用。LED不能直接接直流电源,必须依靠LED驱动电路进行电流控制,否则会因为电流失控迅速烧毁。LED驱动分为两大类:恒流驱动与恒压驱动。
【图 1】LED 的电压 - 电流特性曲线。LED 电流随正向电压急剧上升,微小电压波动就会造成电流大幅变化。
LED 是电流型器件。LED 的正向压降 Vf 是固定的,一旦电压超过 Vf 阈值,电流会快速增大。如果没有限流,电流会持续飙升,烧坏 LED 芯片。LED驱动的核心任务,就是稳定流过 LED 的电流。
LED 驱动本质是一个电流调节器。不管输入电压如何波动,驱动电路都把输出电流稳定在 LED 额定值。恒流 LED 驱动适合单颗 LED 或者 LED 灯串;恒压 LED 驱动多用于 LED 灯带模组,模组内部自带电阻限流。
【图 2】简单电阻限流 LED 电路原理图。使用串联电阻限制 LED 电流,结构简单,但效率低,发热大。
最简单的 LED驱动方案是串联限流电阻。电源电压减去 LED 正向压降,全部落在电阻上。电阻根据欧姆定律来限制回路电流。 计算公式: \(R = (V_{supply}-V_f)/I_{led}\)
这个方案缺点很明显:电源电压变化、LED 温度变化,都会改变 LED 电流;大量电能消耗在电阻上,发热严重,不适合大功率 LED。只适合小功率指示灯。
【图 3】线性恒流 LED 驱动电路原理图。线性恒流源,连续调节,电路简单,EMI 噪声小。
线性恒流 LED驱动:属于线性稳压结构,通过功率管实时调节,维持电流恒定。优点:电路简单,电磁干扰低;缺点,压差全部转化为热量,输入输出压差大的时候发热严重,只适合低压小功率 LED。
【图 4】开关型 Buck 降压 LED 驱动原理图。降压式开关恒流驱动,大功率 LED 最常用方案。
开关式 LED驱动(Buck 降压型)是大功率 LED 最主流的驱动方案。利用 PWM 开关控制,把高压输入转换成恒定电流输出。开关电源转换效率很高,通常可达 85%~95%,发热很小,适合照明 LED、车灯 LED。 Buck 驱动只能输入高于 LED 灯串总电压。
【图 5】Boost 升压 LED 驱动原理图。升压开关恒流驱动,输入电压低于 LED 总正向压降场景。)
Boost 升压 LED 驱动,当电源电压低于 LED 灯串总 Vf 时使用,把低压抬升,驱动多颗串联 LED。
【图 6】Buck-Boost 升降压 LED 驱动原理图,输入电压可高于或低于 LED 串电压。
Buck-Boost 升降压 LED驱动:输入电压波动范围大,既可高于 LED 串电压,也可低于 LED 串电压,车载 LED 照明经常使用这类拓扑,适配蓄电池电压波动。
恒流 LED 驱动输出固定电流,电压自动浮动。LED 灯串总压降变化时,驱动自动调整输出电压,保持电流不变。所有大功率 LED(车灯、路灯、面板灯)优先采用恒流驱动。 特点:
恒压 LED驱动输出固定电压,比如 12V、24V,LED 灯带内部已经焊好限流电阻。电源只输出稳定电压,LED 的限流由灯带内置电阻完成。 特点:
【图 7】12V 低压 LED 灯带,使用恒压电源供电,灯带 PCB 上贴有贴片电阻限流。
LED 驱动支持调光,主要分为两种:
商用 LED 驱动芯片一般集成多种保护:
LED 不能直接接电压源,LED 驱动核心作用就是稳定电流。小指示灯可以用简单电阻限流;中小功率可以使用线性恒流;大功率 LED 照明(车灯、户外照明)普遍采用开关恒流驱动。恒流驱动用于 LED 灯串,恒压驱动多用于内置限流电阻的 LED 灯带。