大功率led高频驱动电路的工作原理与设计方案

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1、大功率LED高频驱动电路的工作原理与设计方案摘要：由于白光LED具有低成本、长寿命和小体积的特性，被迅速应用到了照明和背光等领域，其驱动电路也层出不穷，但大多数驱动源都没有解决效率不高，LED发光亮度不一致，发热量大等问题。该文提出了一种基于恒流二极管的大功率LED高频驱动方案，以带可控端的2THL系列恒流二极管为驱动元件，通过在控制端输入高频脉冲小信号控制恒流二极管通断，从而实现高频恒流驱动大功率LED这一目的。调节脉冲信号占空比即可实现LED调光。该文设计的驱动电路不仅能够保证LED持续、稳定、高效地工作，在一定程度上减小了LED芯片发热量，提高了LE

2、D灯具使用寿命，并且对输入电源要求不高，整体可以节能40%左右。近几年来随着白光LED,特别是大功率白光LED的出现，LED作为一种新型绿色照明光源具有体积小、机械强度大、功耗低、寿命长，便于调节和控制以及无污染等特征，目前被应用到了汽车灯、交通灯、背光和照明等领域。由于LED具有工作电压低，电流随电压指数增加等特点，传统电源一般都不能直接给LED供电。LED驱动器应具有直流控制、高效率、调光、过压保护、负载断开、小型及简易使用等特点。笔者设计大功率LED驱动电路是基于2THL系列恒流二极管的恒电流驱动方式。通过引入高频控制信号缩短单位时间内的通电时间以减

3、小LED芯片发热量，提高LED发光效率。1LED工作特性目前市面上的大功率LED单颗功率从1W到几百瓦不等，由于1W以上大功率LED大多是以1WLED管芯为基础封装成的，在此主要介绍一下1WLED的工作特性。（a）1W白光LED工作特性曲线  （b）LED发光强度与电流关系曲线   （c）LED电流与工作温度关系曲线图11W高亮度LED特性曲线图1（a）为1W高亮度LED正向压降（VF）和正向电流（IF）的关系曲线。由曲线可知当正向电压超过某个阈值（约2V）时即LED导通后，在一定电压范围内LED的电流是成指数上升的。VF的微小变化会引IF有较大的变化，从

4、而引起亮度的较大变化。另外LED的PN结是负温度系数的，随着温度升高LED的势垒电势降低。若采用恒压驱动方式就不能保证LED亮度一致性，同时还会影响LED的可靠性、寿命和光衰。因此目前绝大部分LED驱动都采用恒流的方式。从图1（b）（c）可以看出LED亮度L与正向电流IF成正比：L=KImF（K为比例系数）。LED具有亮度饱合特性，所以LED正向驱动电流应小于其标称电流。另外，亮度还与环境温度有关，环境温度升高PN结复合率ηc下降，亮度降低。随着LED持续点亮PN温度会迅速升高，导致LED发光强度迅速降低产生光衰，当温度上升到一定高度后LED的PN结会很快

5、烧坏。因此在设计LED驱动源时除了要保证LED恒流驱动外，还要考虑减小LED发热量。2恒流二极管恒电流二极管是一种硅材料制造的基础电子器件。正向恒电流导通，反向截止，输出恒电流。器件按极性接入电路回路中，回路即可达到恒流的效果，应用简单，实现了电路理论和电路设计中的二端恒流源。本驱动电路中使用的为博越公司的2THL系列恒流二极管，具有如下特性： 　　1）输出恒定电流1~300mA;　　2）恒定电流的启始电压低（3~3.5V）;　　3）恒流电压范围大（25~100V）;　　4）在恒流电压范围内，电流相对变化10%;　　5）动态电阻4k~160k;　　6）响应

6、时间快（tr<50ns,tf<70ns）;　　7）极限使用电压20~100V。 2THL系列恒流二极管带有一个控制端，可以用来调节输出电流。图2为2THL系列恒流二极管输出特性曲线。图22THL系列恒流二极管特性曲线3高频LED驱动电路基于半导体恒流二极管的高频大功率LED驱动电路的结构图如图3所示。其中Q1为2THLXXX系列恒流二极管，LD1为LED,D1为普通二极管（锗管）。VCC为直流电源，D1负极输入为高频脉冲。电路工作原理是当普通二极管D1反向端为低电平时，2THL恒流二极管关断，LED熄灭；当普通二极管反向端为高电平时，恒流二极管导通输出一个

7、大电流，LED点亮。由于人眼视觉障碍，感觉不到LED亮度变化。通过调整脉冲的占空比即可调节LED亮度。图3高频大功率LED驱动电路结构图驱动1W以上LED时一般采用2THL300恒流二极管，输出电流为300~350mA,最大使用电压为20~40V,为了提供更大电流可以将多个恒流二极管并联使用，并联以后输出电流为各个恒流二极管标称电流之和。2THL系列恒流二极管不同型号之间可以并联使用（如一个2THL050和一个2THL300并联输出电流为350~400mA），值得注意的是不同型号恒流二极管并联以后，最大使用电压由标称最大的恒流二极管决定。图4为恒流二极管并

8、联连接方式。由于2THL系列恒流二极管控制端与负极端存在一个PN结