各种白光LED驱动电路特性比较

各种白光LED驱动电路特性比较

当把白光LED应用在背光显示或其他照明领域时，有两个重要的理由来支持为什么需要以定电流的方式来驱动它。

① 采用定电流方式可保证白光LED工作在其额定电流的范围内，因此提高了白光LED工作的可靠性。

② 可以获得预期的白光LED工作电流的匹配度，使各白光LED的亮度和色度保持一致。

白光LED在20mA电流下，其正向电压介于3.0V和4.0V之间，假设仅简单地加上固定的正向电压，那么正向电流的差异可能相当大。图1所示为两个生产厂中各选三只共六只白光LED的正向电流与正向电压特性，如果采用3.4V的电压驱动这六只LED，白光LED因生产厂的不同，将会造成10~44mA的正向电流差异。

图1 六只白光LED的正向电压与正向电流特性

为保证可靠性，驱动白光LED的电流必须低于白光LED额定值的要求，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，例如当温度达到50℃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，采用恒压方式驱动白光LED的方案可靠性较差。另外，用恒定电流驱动白光LED还可以保证亮度和色度的一致性。

图2 白光LED额定电流随环境温度变化的特性

图3所示为常见的白光LED的四种驱动电路，白光LED的正向电压V_F的差异会因为所采用的稳压线路不同而对电流的稳定精确度造成不同的影响。图4显示了由两个生产厂中各选三只共六只白光LED的正向电流与正向电压特性，稳压器输出负载曲线与特性曲线的交叉点就是稳压点。

图3 白光LED四种常见的电源电路

图4 六只白光LED的测试相对稳压精确度

图3（a）中的电路显示如何使用电压源变换器与限流电阻来控制白光LED的电流，该做法的优点是可以选用多种电压稳压器，同时只需将稳压器的一端连接到白光LED上；缺点是由于限流电阻所带来的功率耗损以及白光LED的正向电流没有被精确控制，因此效率不佳。图4（a）示出采用该电路驱动六只白光LED时，六只白光LED的电流变化范围为14.2~18.4mA，生产厂A的产品的平均亮度比B厂大约高2mA。

图3（b）所示电路实现了对LED电流的控制，其中限流电阻则用来控制各LED间电流的匹配。该电路对于同一生产厂同批次的LED来说匹配精度较高，而对不同生产厂不同批次的LED来说匹配精度较差。图4（b）示出采用该电路驱动六只白光LED时，六只LED电流的变化范围为15.4~16.9mA，但是A厂产品间的差异更小，同时A厂与B厂的平均电流都大约为17.5mA。图3（b）所示电路的缺点是限流电阻有一定的功率消耗，同时白光LED的电流也无法实现高精度的匹配。

图3（c）所示电路则独立控制每只白光LED的电流而不需使用限流电阻，在这里电流的稳定精确度与匹配度由每个独立的电流控制器的精确度所决定。采用MAX1570变换器可达到2%的电流精确度以及0.3%的电流匹配度。图4（c）示出采用该电路驱动六只白光LED时，白光LED的电流稳定在17.5mA。取消限流电阻虽然可以节省电路板空间，但在稳压器与白光LED之间增加了四个连接点。

图3（d）所示则为采用电感升压式变换器来稳定白光LED电流的电路，其中反馈电压可以将电流检测电阻的功率损耗降到最低。由于白光LED以串联的方式进行连接，因此在任何情况下白光LED的电流都能完美地匹配，电流的精确度则由变换器的反馈电压的精确度决定，不受白光LED正向电压变化的影响。采用MAX1848驱动三只白光LED时，效率可达87%。采用MAX1561驱动六只白光LED时，效率可达84%。该电路的优点有；在稳压器与白光LED之间只需两个连接点，同时串联连接的白光LED也不受所采用升压变换器的影响。