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如何对白色LED的典型恒流驱动进行分析

请问用白色 LED 为显示器做背光源时为什么会需要进行恒流驱动?主要原因是什么?

回帖(2)

张琴

2021-3-11 14:16:27
  用白色 LED 为显示器或其他照明设备做背光源时,需要对其进行恒流驱动,主要原因是:
  避免驱动电流超出最大额定值,影响其可靠性。
  获得预期的亮度要求,并保证各个LED 亮度、色度的一致性。
  
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潘小旋

2021-3-11 14:16:46
本文描述了典型 LED的参数范围和恒流驱动威廉希尔官方网站 。
  图 1 给出了六只随机挑选的白光 LED (其中三只来自两家顶级产商)的正向电流随正向电压的变化关系曲线,这种情况下,如果用 3.4V 驱动这六只 LED,相应的正向电流差别较大:10mA 至 44mA。
  
  图 1. 六只随机挑选的白光 LED (其中三只来自两家顶级产商)其正向电流与正向导通电压的对应关系曲线。注意,对于任一给定电压,正向电流变化范围较大 -10mA 至 44mA (3.4V 电压下)。
  为保证可靠性,驱动 LED 的电流必须低于 LED 额定值的要求,典型最大值一般为 30mA,但是,从图 2 可以看出:当环境温度升高时所允许的额定电流会降低,通常,当温度达到 50°C 时电流需限制在 20mA 以内。通过观察图 1、图 2 不难得出这样的结论:只是用恒压方式驱动白色 LED 的方案可靠性较差。
  
  图 2. 一般情况下,白光 LED 正向电流的最大绝对值随环境温度的升高而降低(Courtesy Nichia Corporation)。
  另外,用恒定电流驱动白色 LED 还可以获得亮度和色度的一致性。图 3 给出了几种通用的白色 LED 驱动威廉希尔官方网站 。
  
  图 3. 对于典型的白光 LED,通常在 IF = 20mA 下测试其电特性测。因此,为了得到预知的和匹配的亮度与色度,建议采用恒流驱动(Courtesy Nichia Corporation)。
  图 4 给出了四种常用的电源威廉希尔官方网站 ,用于驱动 LED。图 5 是相应的对上述 6 只 LED 进行调节时得到的电流调节精度。图 5 中调节器的输出负载线画在 LED 的 Vf 曲线图上,两条曲线的交点是各个 LED 的调节点。
  
  图 4. 白色 LED 通常有四种不同的驱动威廉希尔官方网站 :(a) 电压源与镇流电阻,(b) 电流源与镇流电阻,(c) 多路电流源,(d) 一路电流源驱动串联 LED。
  
  
  
  图 5. 各个白色 LED 的正向电压(Vf)对调节电流精度的影响不同,取决于调节威廉希尔官方网站 的结构:(a) 电压源与镇流电阻,(b) 电流源与镇流电阻,(c) 多路电流源或一路电流源驱动串联 LED。6 只 LED (三只来自厂商 A 和厂商 B)的 Vf 曲线如图所示,调节器的输出负载曲线与 LED Vf 曲线的交点即为稳定的调节工作点。
  图 4a 所示威廉希尔官方网站 用稳压源配合镇流电阻控制 LED 的电流,这种结构的优点是选择电压源的余地很大,调节器与 LED 之间只需要一个连接端点;缺点是效率较低,这主要是镇流电阻的损耗造成的,另外,它对 LED 正向电流的控制不是很精确。从图 5a 测试曲线可以看出 6 只不同 LED 的电流变化范围是:14.2mA 至 18.4mA,由厂商 A 提供的 LED 平均亮度要比厂商 B 高一些,工作电流高出 2mA。
  图 4b 所示威廉希尔官方网站 用于调节 LED 的总电流,镇流电阻用于实现各 LED 之间的匹配。MAX1910 采用的就是这种结构,这种威廉希尔官方网站 在驱动同一厂商提供的同一批次的产品时可以获得较好的效果。在与上述威廉希尔官方网站 提供相同电流的条件下,可以减小镇流电阻,使功耗降低一半。图 5b 给出了六个不同 LED 驱动电流的变化范围:15.4mA 至 19.6mA,由厂商 A 提供的 LED 电流变化更小一些,来自厂商 A 和厂商 B 的 LED 平均控制电流相同:17.5mA。这种结构的缺陷是镇流电阻耗电仍然较大,而且,各 LED 电流的匹配性不是很好。但这种威廉希尔官方网站 折衷考虑了性能和威廉希尔官方网站 的简易程度。
  图 4c 可分别调节各 LED 的电流,无需镇流电阻。电流调节精度和匹配度取决于每个独立的电流调节器。MAX1570 采用了这种电流源结构,电流精度为 2% 、匹配度达 0.3% 。由于电流调节器允许较低的压差,可以获得较高的效率。图 5c 表明所有被测试的 6 只白色 LED 电流均保持在稳定的 17.5mA,由于省去了镇流电阻,可有效节省线路板面积,但在调节器与 LED 之间需要四个连接端。这种威廉希尔官方网站 能够提供较高的性能指标,是基于电感结构的竞争方案。
  图 4d 是一种基于电感的升压威廉希尔官方网站 ,将其配置为电流调节器,转换效率较高。较低的反馈门限进一步减小了检流电阻的功率消耗,另外,因为 LED 按照串联方式连接,任何工作条件下都能够使 LED 的亮度保持一致。电流精度取决于调节器反馈门限的精度,不受 LED 正向导通电压变化的影响。MAX1848 和 MAX1561 是这种电流调节威廉希尔官方网站 的两个典型范例,转换效率(PLED/PIN)可以达到 87% (3 只串联 LED)或 84% (6 只串联 LED)。这种威廉希尔官方网站 的另一个优点是在调节器与 LED 之间只需要两个连接端点,为用户的设计提供了一定的灵活性。但是,由于威廉希尔官方网站 中采用了电感,与上述方案相比尺寸较大、成本较高、EMI 辐射也较大。
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