LED驱动电路设计优化

2.2.3.1 LED驱动电源的分类和特点

1.按输出驱动方式分

LED按驱动方式可以分为恒流（CC）式驱动和恒压（CV）式驱动两类。

（1）LED恒流驱动。LED恒流驱动具有以下特点：

1）恒流驱动输出电路的输出电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压就越高；

2）恒流驱动电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路；

3）恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言电路价格较高；

4）应注意所使用负载的最大承受电流及电压值，它限制了LED负载的使用数量。

（2）LED恒压驱动。在恒压电路中的各项电路参数确定以后，驱动电路的输出电压是固定的，而输出电流却随着负载的变化而变化，具有以下特点：

1）恒压电路不怕LED负载开路，但严禁LED负载完全短路；

2）以恒压驱动电路驱动LED负载，每串LED负载需要加上合适的电阻才可以使每串LED负载显示亮度均匀；

3）但是LED负载的发光亮度会受整流输出电压变化的影响。

2.按驱动电路结构方式分

按驱动电路结构可以分为电阻、电容降压方式，电阻降压方式，常规变压器降压方式，电子变压器降压方式，RCC降压方式开关电源，PWM控制方式等。

（1）电阻、电容降压方式：通过电容降压，由于电容充放电的作用，通过LED的瞬间电流极大，容易损坏LED负载。LED负载的工作易受电网电压波动的影响，电源效率低、工作可靠性差。

（2）电阻降压方式：通过电阻降压，LED负载的工作受电网电压变化的干扰较大，不易做成稳压电源，降压电阻要消耗很大部分的能量，所以这种供电方式电源效率很低，而且系统的工作可靠性也很低。

（3）常规变压器降压方式：电源体积大、重量偏重、电源效率也很低，一般电源效率只有45%～60%，一般很少用，工作可靠性不高。

（4）电子变压器降压方式：电源效率较低，输入供电电压范围一般为AC180～240V，LED负载的波纹会干扰工作电压和工作电流。

（5）RCC降压方式开关电源：稳压范围比较宽、电源工作效率较高，一般可以做到70%～80%。由于这种控制方式的振荡频率不连续，开关频率不容易控制，负载电压波纹系数也比较大，异常负载适应性较差。

（6）PWM控制方式开关电源：驱动电路主要由四部分组成，输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM控制部分、开关能量转换部分。PWM开关的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件导通的脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流保持稳定（即工作于恒压或恒流工作方式）。电源工作效率高，一般可以做到80%～90%，输出电压或电流稳定。这种驱动电路一般都可以提供更加完善的保护措施，驱动电源电路工作可靠性高。

3.驱动电路按输出与输入隔离或不隔离分(www.xing528.com)

LED驱动电路按输出与输入隔离或不隔离可以分为输出隔离和输出非隔离两类。

（1）非隔离式驱动电源。非隔离是指驱动电路在负载端和电源供电输入端有直接连接，因此触摸负载就有触电的危险。

非隔离驱动电源的优点是电路简单、技术指标较好，它的输出电流可以按LED串并联的个数决定。但是大多数情况下，它的输出电流不能太大，输出电压也不能太高。工作效率一般大约在88%～90%之间，功率因数大约在0.88～0.92之间。

（2）隔离式驱动电源。隔离式是指在驱动电源的输入端和输出端有隔离变压器隔离，这种隔离变压器可以是工频也可以是高频的。隔离式驱动电源可以避免触电的危险。一般来说，由于加入了隔离变压器，所以隔离式电源的工作效率会有所降低，工作效率通常在88%左右。

2.2.3.2 LED恒压和恒流驱动电源的工作原理

如果输入供电电压总是大于LED负载串的工作电压，可以采用线性供电电源或降压输出电源的电路结构。但是线性供电电源的工作效率有限，为获得恒流效果可以在LED负载串的上边加一只电流反馈电阻或在LED负载串的下边加一只电流取样电阻。线性恒流驱动电源具有电路简单、使用元器件数量少和EMI小的特点。

LED采用串联工作方式可以确保通过每只LED的工作电流一致，而恒压输出LED并联使用则不能确保通过每只LED的工作电流一致。

线性LED驱动电路的功耗可以用公式（V_IN-n×V_F）×I_F表示，公式中n表示LED负载串中的LED数，在LED负载电流等于或大于350mA的应用场合，线性LED驱动电路中的功率管需用散热片，加大了电路成本和体积。

1.LED负载恒压驱动电源工作原理

LED负载恒压驱动电源的工作原理图如图2-31所示，通过调节输出取样电阻R_FB1和R_FB2的取值可以调节输出电压的数值，由于LED的发光色温、输出流明数和LED的正向工作电流有关，为稳定LED的光输出，实用中不宜采用恒压LED负载驱动。

图2-31 LED负载恒压输出驱动电源工作原理图

2.LED负载恒流驱动电源工作原理

LED负载恒流驱动电源的工作原理图如图2-32所示，稳定的LED负载工作电流对稳定LED的发光色温和输出流明数有利。所以，实用中LED负载采用恒流驱动较为有利。在图2-32中，调节电流取样电阻R_FB的参数就可以实现LED负载驱动工作电流的调节。

图2-32 LED负载恒流输出驱动电源工作原理图

如果驱动电源的输入供电电压总是大于输出电压，则可以采用工作效率更高的降压变换器，例如Buck变换器来为LED负载提供恒流供电。Buck变换器具有工作效率高和所需散热片小的优点，但是电路结构更为复杂，并且工作噪声较线性驱动电路大。现在Buck变换器的开关工作频率可以做得高于1 MHz或更高，这样Buck变换器的外围元器件体积小，并且Buck变换器的体积较线性驱动电源的体积要小许多。

实用中，如果LED负载驱动电源的输入直流电压低于LED负载串的工作电压，可以采用Boost变换器来为LED负载供电。电感型Boost变换器很适用于输出电流大于350mA的恒流LED驱动应用场合，这时输出电压随LED负载串的电流变化而变化。

如果LED负载驱动电源的直流输入供电电压的变化范围在LED负载串工作电压的变化范围内上下浮动变化，这时可以采用Buck-Boost，SEPIC，Cuk或Flyback变换器来驱动LED负载。

Buck变换器和Flyback变换器的许多特性使它成为LED驱动广泛应用的电路之一，Buck变换器和Flyback变换器具有元器件少、易于构成恒流源、电路工作可靠性高、电路造价低、电路构建灵活、易于和多种控制策略配合工作等优点，可用于各种高速调光和宽范围调光的LED驱动应用场合。