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白光LED串聯與并聯驅動的知識介紹

更新時間:2025-09-30

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資源介紹

驅動白光可以采用串聯電感器串聯和并聯公式,也可采用并聯聯接形式,兩種解決方案各有優、缺點。并聯方法的缺點是LED電壓及色溫不能手動匹配。串聯方法可以保持固有的匹配特點,但須要更高的供電電流。綠光LED和紅光LED的正向壓降為1.8~2.4V(典型值),一些常用電源即可提供足夠高的電流,直接驅動這種LED。但是,白光LED的正向壓降為3~4V(典型值),故一般須要一個獨立電瓶供電。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

在串聯配置中,LED的數目受驅動器的最高電流限制。若最高電流為40V,在串聯配置中依據白光LED的正向電流,這一最高電流最多才能驅動10~13個白光LED,驅動電壓的范圍是連續狀態的10~350mA。這些配置的優勢是串聯白光LED可以用單線傳輸電壓。其缺點是:當PCB空間受限時(非常是高功率時),銅導線上的電壓密度是個問題,但是假如在串聯模式中一個白光LED發生故障,所有白光LED都將被關閉。并且,從設計角度看,假如有屁個白光LED,就要將電瓶電流提高到n×UF,所以必須采用升壓結構。可以借助電感器件精確地監控電壓斜率,因而限制由菲受控頓時電壓形成的EMI。典型的升壓拓撲結構如圖1所示。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

圖1基于電感升壓變換器的LED驅動器FyQ物理好資源網(原物理ok網)

在并聯配置中,特定陣列中的白光LED數目遭到驅動器封裝水平和聯接器引腳數目的限制。另外,在白光LED并聯時,必須對每位白光LED進行電壓控匍,以確保各白光LED之間的匹配特別適宜特定應用場合。實際上,兩個白光LED間電壓流不一致的程度超過10%以上時,將影響彩色LCD顯示圖象的質量(白光LED作為LCD的背光源)。在串聯配置的兩個白光LED中并不存在兩個白光LED電壓不一致的問題,由于流過兩個白光LED的電壓是相同的。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

據悉,并聯配置就能借助電荷泵技術,用2個陶瓷電容將能量從電瓶傳輸到白光LED陣列。不僅電荷泵變換器以外,每位白光LED控制器還包含一個電壓鏡像,此電壓鏡像的性能是白光LED間良好匹配的關鍵。基于電荷泵的LED驅動器框圖如圖2所示,基于電瓶和專用電壓源進行能量轉換和調節的電荷泵,在進行電壓源優化設計后可使白光LED電壓不受正向電流和輸入電源變化的影響。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

圖2基于電荷泵的LED驅動器框圖FyQ物理好資源網(原物理ok網)

另一方面,由于電荷泵是基于電流變換的,所以電荷泵的輸出電壓本身不是手動控制的,須要在芯片設計階段非常謹慎,以免在電路工作中出現大量EMI。EMI問題除了限于電荷泵結構,假如芯片設計不良,或電感的質量不足以避免EMI時,電感式升壓變換器更容易形成EMI問題。尤其是因為成本緣由促使電感沒有進行屏蔽時,大量電磁場會由于線圈和磁芯泄露而幅射到環境中。在設計早期使用恰當的屏蔽電感器比重新設計PCB布局和布線來解決EMI問題更有效。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

同樣地,采用最好的陶瓷電容比在項目接近完成時檢測設計更加重要,盡管先前看上去設計的電路成本可能初一點。例如,低成本的電容(ESR=1Ω)會在輸出200mA的LED驅動器電源端UBAT形成500mV的毛刺,這是PCB布局未能填補的致命問題。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

雖然設計一個才能在任何正向電壓和配置情況下驅動白光LED的電路在技術上是可行的,但成本非常高昂。開發一種處理特定須要、具有合理的額外特點或技術容限的驅動電路更經濟有效,所以市場上出現了各類系列的LED驅動器。另外的一個趨勢是采用微型封裝技術減小應用于LED驅動器的芯片規格,新的芯片大小是2mm×2mm,僅0.55mm厚,能進一步地降低占燴面積。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

近日的技術趨勢是通過改進材料和封裝來改進LED,以減少相同工作電壓下的正向壓降電感器串聯和并聯公式,并最終能否直接用單節帶電壓源的鋰離子電瓶驅動LED,并控制LED電壓。綠色和琥珀色LED已實現了上述目標,雨一些紅色LED的最大正向電流已接近3.2V。下一步將是設計出新的變換器,以使采用這些低UF的LED獲得最高效率。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

無論是并聯形式還是串聯方法,大多數便攜式電子設備的電瓶電流都不足以驅動LED,所以須要升壓變換器。電荷泵借助電容實現電流轉換,以提供低于電源電流或與電源電流反向的輸出電流。電荷泵內部結構相對復雜,但外部器件可能較少,規格小,成本低。電荷泵用電瓶電流對電容器進行充電,之后借助電容器“存儲”電能,提供低于電源電流的輸出電流。它須要使用數個開關對電容器進行正確聯接。其內部復雜度有所提升,但外部器件可能較小。電荷泵是一個電流源,其數值取決于電容和開關數目。因而,在不急劇增強復雜度的情況下,達到較高輸出電流更為困難。在這些情況下,要對LED進行并聯而不是串聯;要確保LED電壓的穩定,可通過附加電壓源或限流內阻對LED電壓進行匹配,以確保LED之間的電壓差別微乎其微。當精確度處于次要地位時,最好使用限流內阻來降低聯接數目并增加復雜度。電荷泵的主要缺點在于其效率低。開關和電容器的數目決定了電荷泵的增益,此增益一般為1.5倍壓或2倍壓。理想效率的算法如下FyQ物理好資源網(原物理ok網)

實際上,UOUT不可能等于N×VIN,由于確保內部電路正確偏置的最小壓降在于驅動器本身,圖3顯示了電感升壓變換器(此處為)與兩倍壓的電荷泵之間的效率差距。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

圖3效率與電瓶電流的關系曲線FyQ物理好資源網(原物理ok網)

基于電荷泵的白光LED驅動器限制電源電流一般為5.5V或6Y,由其構成的電路僅須要一種電源電流。而基于電感升壓變換器的白光LED驅動器,因個別電感升壓變換器與電感器無須聯接到同一個電源上,如采用、構成的電路的電源電流為5.5V,并且因為功率開關的最高電流均為22V,則電感器就須要更高的電源電應。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

基于電荷泵的白光LED驅動電路的一個重要的參數是LED驅動器形成的噪音,由于電容器要進行充、放電,所以電荷泵是大電壓毛刺的來源。如欲減低這些影響,則必須設置高質量的輸入混頻電路。因為基于電感式升壓變換器的白光LED驅動器存在有電感,故會造成電磁干擾(EMI)。一般情況下,改變開關頻度可降低干擾,而且頻度值取決于變換器的工作條件。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

采用電感式升壓變換器及電荷泵構成的典型的參數比較如表1所示。FyQ物理好資源網(原物理ok網)

表1采用電感式升壓變換器及電荷泵構成的典型LED驅動器的參數FyQ物理好資源網(原物理ok網)

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