大功率LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)方案

　　大功率LED 的驅(qū)動(dòng)需要直流低電壓、大電流，所以傳統(tǒng)電源并不適合直接驅(qū)動(dòng)它， 因此普通的降壓、穩(wěn)壓電源必須進(jìn)行必要的改進(jìn)。筆者特為工作電壓為3.4 V、工作電流為350 mA 的大功率LED設(shè)計(jì)一驅(qū)動(dòng)電源。根據(jù)大功率LED 的工作特性，分析市場(chǎng)上常見(jiàn)的驅(qū)動(dòng)電源， 研究了在路燈照明領(lǐng)域的應(yīng)用， 為了能更好地發(fā)揮大功率LED 的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)電源必須滿(mǎn)足大電流輸出， 且需要顧及散熱、過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫保護(hù)等多個(gè)因素。本方案設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電源采用散熱基板方式， 既能很好地解決散熱問(wèn)題， 采用并聯(lián)齊納管的方式來(lái)對(duì)過(guò)壓、過(guò)流進(jìn)行保護(hù)， 采用具有溫度補(bǔ)償電路來(lái)保護(hù)出現(xiàn)過(guò)溫現(xiàn)象， 從而解決了上述幾方面問(wèn)題。

　　1 大功率LED 的光控電路

　　由圖1 可知， 220 V 交流電經(jīng)電容限流、橋式整流、濾波、穩(wěn)壓， 在A， B 兩端獲得穩(wěn)定的12 V直流電（見(jiàn)圖1）。在白天由于光敏電阻RG 受到自然光的照射呈現(xiàn)低電阻， 三極管VT 的基極電位低， 而被反偏置， 因此VT 截止， 單向可控硅VS門(mén)極為低電平被關(guān)斷， LED 驅(qū)動(dòng)電路未啟動(dòng)， 所以L(fǎng)ED 不亮。到天黑時(shí)光敏電阻RG因無(wú)光照呈現(xiàn)高電阻， VT 導(dǎo)通， VS 的門(mén)極即有正向觸發(fā)電壓而導(dǎo)通， LED 驅(qū)動(dòng)電路啟動(dòng)， LED 通電發(fā)光。

　　2 大功率LED 的驅(qū)動(dòng)電源

　　驅(qū)動(dòng)大功率LED 的主要目標(biāo)是產(chǎn)生正向電流通過(guò)器件， 比較理想的白光LED 可采用MBI1802芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流驅(qū)動(dòng)， 它能抑制大功率LED 正向電壓改變而造成的電流波動(dòng)， 可實(shí)現(xiàn)可控的正向電流， 保證提供可控的顯示亮度。

　　由圖2 可知， 通過(guò)穩(wěn)壓二極管（D6） 可為MB1802 芯片提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電壓， 此時(shí)通過(guò)大功率LED 的電流主要由參考電壓值和MBI1802 芯片工作電壓來(lái)決定（見(jiàn)圖2）。絕大多數(shù)顯示器都需要多個(gè)LED， 若設(shè)計(jì)人員靈活地驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED， 應(yīng)將所有LED 串聯(lián)， 確保每顆LED 的電流都相同。

　　同時(shí)， 在每個(gè)LED 兩端并聯(lián)一個(gè)齊納管， 能為L(zhǎng)ED 提供開(kāi)路保護(hù)。若要以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)白光LED， 每個(gè)白光LED 都必須串聯(lián)一個(gè)鎮(zhèn)流電阻，為避免通過(guò)其電流出現(xiàn)差異， 這些電阻也會(huì)消耗功率， 降低電路效率， 所以采用串聯(lián)方式可驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED。

　　由于LED 的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)計(jì)為不隨溫度變化的恒流源， 當(dāng)LED 周?chē)鷾囟鹊陀诎踩珳囟赛c(diǎn)時(shí)， 輸出最高容許電流并保持不變； 當(dāng)LED 周?chē)鷾囟雀哂诎踩珳囟赛c(diǎn)時(shí)， 工作電流就不在安全區(qū)內(nèi)， 這將導(dǎo)致LED 的性能遠(yuǎn)低于標(biāo)稱(chēng)數(shù)值。如果LED 周?chē)鷾囟冗^(guò)高則是由LED 自身發(fā)熱導(dǎo)致， 所以為了確保LED 的性能、壽命不受影響， 必須通過(guò)電路的溫度補(bǔ)償功能來(lái)解決這一問(wèn)題。

　　由圖3 可知， 采用AVR 單片機(jī)及MBI1802 芯片的工作電壓為5 V， 通過(guò)MBI1802 的一個(gè)外部電阻器Rext，可以調(diào)節(jié)輸出電流的范圍為40~360 mA，在特定的光照下， 只要不超過(guò)LED 的額定電流， 可隨意輸出電流， 這樣用戶(hù)可以靈活的控制LED 的光強(qiáng)度。同時(shí)， MBI1802 芯片的第七腳連接AVR 單片機(jī)， 根據(jù)溫度傳感器18B20 所測(cè)到溫度和檢測(cè)到的光敏電阻RG 的阻值， AVR 單片機(jī)通過(guò)輸出PWM 波到MBI1802 來(lái)控制其輸出電流， 實(shí)現(xiàn)LED的溫度補(bǔ)償， 同時(shí)可以精確調(diào)節(jié)LED 亮度， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)LED 的調(diào)光功能。

　　4 恒流效果實(shí)驗(yàn)

　　如果LED 的驅(qū)動(dòng)未采用恒流源驅(qū)動(dòng)方式， 那么PN 結(jié)半導(dǎo)體器件在正向?qū)ê螅?結(jié)電壓VF隨環(huán)境溫度上升而下降， 即-2 mV/℃， 稱(chēng)PN 結(jié)的負(fù)溫度效應(yīng)， 該特性直接影響它的發(fā)光效率、發(fā)光亮度、發(fā)光色度。例如當(dāng)常溫30 ℃時(shí)， 選擇LED 最佳工作電流為135 mA， 當(dāng)環(huán)境溫度升到90 ℃， 結(jié)電壓VF下降， 工作電流急劇增加到265~282 mA；當(dāng)溫度下降至-40 ℃時(shí)， 結(jié)電壓VF上升， 最佳工作電流將從135 mA 減小到27 mA， 發(fā)光亮度也隨電流的減少而降低， 達(dá)不到所需的照度， 如圖4 中電流曲線(xiàn)I。

　　通過(guò)實(shí)驗(yàn)， 利用ExcEL 軟件的圖表功能進(jìn)行取點(diǎn)繪制， 得到恒流效果圖（見(jiàn)圖4）。

　　從圖4 中可以看出， 未采用恒流方式驅(qū)動(dòng)LED， 其工作電流隨溫度的上升而上升， 但采用恒流方式驅(qū)動(dòng)LED， 其工作電流不隨溫度的上升而上升， 從而證明恒流方式驅(qū)動(dòng)LED 確實(shí)是可行的。

　　5 結(jié)論

　　通過(guò)MBI1802 芯片來(lái)驅(qū)動(dòng)大功率LED， 為其提供恒定的電流， 同時(shí)達(dá)到理想的發(fā)光強(qiáng)度。采用AVR 單片機(jī)進(jìn)行溫度補(bǔ)償和調(diào)光控制， 可提高LED 壽命， 實(shí)現(xiàn)LED 照度的調(diào)節(jié)。通過(guò)取點(diǎn)實(shí)驗(yàn)表明， 該方案的設(shè)計(jì)原理合理、方案可行， 補(bǔ)償效果明顯。