高功率LED恒流源串联驱动器的设计

摘要：本文着重介绍任意个(1~20个)高功率LED串联的恒流源驱动器。它能有效克服并联LED驱动器的缺点，明显扩展和提高了市场上已出现的高功率LED串联驱动器的应用范围和性能。

关键词：串联驱动器；恒流源；高功率LED

引言

随着大功率LED的问世，因其发光效率是一般荧光灯或白炽灯的5~7倍，节能效果十分显著。因而，大功率LED具有广泛的应用前景。目前，单个大功率LED已有1W、3W、5W和10W，已被大量使用的是1W和3W的大功率LED，采用多个大功率LED串联和并联，其组合输出功率已达70W~100W。

大功率LED虽具有发光效率高和节能的优点，但其管压降的不一致却是需要克服的缺点。其次，大功率LED的温度特性较差。随着结温和环境温度的改变，其管子的电流和发光效率变化很大，这也给使用带来了不便。

由于大功率LED存在以上缺点，人们在使用时多采用两种驱动方案：1.恒压源驱动。即采用多个LED并联后用恒压源驱动。这样,由于LED的管压降不一致，使得二极管的电流不一致，从而其发光效率也大不一样。在大功率LED中，此方案应用较少。2.恒流源驱动。由于大功率LED的管压降不一致，另外，LED受其结温和环境温度的影响较大，所以，用多个LED串联，并用恒流源驱动能有效克服上述缺点。

大功率LED的主要特性

工作波长

大功率LED的工作波长与其发光的颜色有关。例如，冷白光LED的工作波长在525埃~600埃之间, 而暖白光LED的工作波长在525埃~675埃之间。

正向压降

大功率LED的正向电压每变化0.1V时，其电流变化约100mA.

工作电流与发光强度的关系

大功率LED的发光强度与其结温和环境温度有关。这主要是由于温度升高时，其工作电流也相应减小，同样，LED的发光强度与其工作电流的关系近似为线性，对于1W和3W的LED，其工作电流每减少100mA，发光强度减少约15%。

高功率LED串联恒流

源驱动器的原理

目前，市场上出现的高功率LED串联驱动器有其局限性，一般为3~6个LED串联，且个数要一定，不能任意联接。本文提出一种任意个（1~20个）LED串联的恒流源驱动方案，如图1所示，其工作原理如下：

以1W的LED为例，其额定电流为350mA。由于某种原因使LED电流减小时，恒流源电路采集到变化(减小)的电流值，进行放大后，通过U1传输给控制电路。控制电路对采样信号进行反相处理，输出脉冲宽度增大。宽度增大的输出脉冲驱动功率转换级的功率管D5，使得次级输出电压增加。这样，串联LED两端的电压也增大，于是，流过LED的电流也增大，这就维持了LED的电流恒定。同样，若由于某种原因，使LED的电流增大时，其控制过程相反。这种恒流源驱动器的优点就在于：不管LED的管压降差异有多大，其结温和环境温度的变化引起二极管的电流变化有多大，都能通过高速的恒流源电路的快速调整，来维持LED的电流恒定。

高功率LED恒流源

驱动器设计时要注意的问题

设计高功率LED恒流源驱动器时应注意如下几点：

1 根据串联LED的个数来选择控制电路的控制芯片。因为LED的个数不同，所需芯片的输出功率也就不同。图1中选择的是ICE 2A165，也可选择其它类似的开关电源控制芯片。

2 开关电源变压器的漏感应尽量小，否则会使驱动器的可靠性降低。因为变压器的漏感大，在开关截止的瞬间会产生很高的反向尖峰电压，严重时有可能超过控制开关的耐压，而使芯片击穿，造成驱动器的可靠性大大降低。开关电源变压器T1是该产品的关键件，有必要在专业厂家制作。

3 恒流源电路的工作速度要快，这样可以使LED更安全。因为本文提出的LED串联驱动器是任意个（1~20个）串联，这样就要求开关电源的输出电压变化速度要快，若调整速度不快，则可能造成LED的损坏。

结语

实践证明，本文提出的高功率LED恒流源驱动器的方案是可行的，并且与其它驱动器相比，成本较低，从而具有广泛的应用前景。