隨著LED 的迅速發(fā)展。現(xiàn)在白光LED 光源相比的傳統(tǒng)光源具有壽命長、固體照明不易損壞、高光效、無汞環(huán)保、抗震等優(yōu)點，未來將成為第三代光源，將帶來照明領域的又一次革命。將LED 使用到照明領域，需要適合LED 的驅動電源，文中利用PWM 開關控制方式設計實現(xiàn)了一種白光LED 的大功率驅動電路。
1 LED 電氣特性和驅動要求
1. 1 LED 的電學特性
白光LED 的I - V 特性與普通二極管類似，只是開啟電壓不同，不同材料制備的LED 開啟電壓一般在1. 5 ~ 3. 0 V 之間。處于正向工作區(qū)時，工作電流IF與外加電壓呈指數(shù)關系：
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式中，IS為反向飽和電流； VF為二極管兩端的外加電壓； q 為電子電荷； k 為波爾茲曼常數(shù)； T 為熱力學溫度。LED 可長期穩(wěn)定工作時的直流電流，稱為額定工作電流，此時LED 壓降稱為額定電壓。1 W 的白光LED,其額定工作電流350 mA,額定電壓3. 3 V。允許加在LED 兩端正向電壓與流經(jīng)LED 電流之積的最大值為其極限功耗，當實際功耗超過該值時，LED 發(fā)光特性變差，嚴重時會使LED 產(chǎn)生結構破壞。
1. 2 LED 驅動要求
由LED 的I - V 特性可知，當加在LED 兩端的電壓稍有波動，都會引起電流的劇烈變化，此時很容易使電流過大，輸入功率超過其極限功耗，從而對LED造成不可恢復的損壞。當LED 工作電流值不同時，其發(fā)光強度也不同，若采用恒壓驅動，則LED 陣列應采用并聯(lián)方式連接，但是由于LED 個體之間的參數(shù)誤差，會導致各支路的電流不同，致使陣列發(fā)光強度不均勻，因此LED 的驅動電路一般選擇恒流驅動模式，相應的LED 陣列亦采用串聯(lián)方式連接，驅動電流一般設為LED 額定電流的70% ~ 85%,以保護LED,達到延長使用壽命的目的，同時也使每個LED的發(fā)光強度均勻一致。
LED 驅動電路設計中，需要考慮以下幾個基本指標：
（1） 提高驅動電路的轉換效率，減小電路中的功耗。
（ 3） 電路盡量精簡，有較小的電路體積和較低的制造成本。
2 PWM 方式開關電路設計
2. 1 PWM 原理
PWM 即脈沖寬度調制，利用脈沖控制開關電路的開關時間，可以控制電路輸出的平均電壓或電流從而達到控制電路的輸出功率。PWM 開關穩(wěn)壓或恒流的基本工作原理是在輸入電壓、系統(tǒng)參數(shù)及外接負載發(fā)生變化的情況下，在固定工作頻率下控制電路通過被控信號與基準信號的差值進行閉環(huán)反饋，調節(jié)主電路開關器件導通的脈沖寬度，使得開關電源的輸出電壓或電流穩(wěn)定。由于控制器件功耗小，工作在開關狀態(tài)中的電路效率高，所以電源效率一般可以做到80% ~90% 。該類電路都有完善的保護措施，屬高可靠性電源。PWM 開關電路由4 部分組成，即輸入整流濾波、PWM 控制、開關器件和輸出濾波。根據(jù)PWM 方式開關電路設計的LED 驅動電路框圖如圖1 所示。
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圖1 PWM 方式開關電路設計的LED 驅動電路框圖
常見PWM 開關控制信號產(chǎn)生部分大都實現(xiàn)了集成化，更加精簡PWM 開關電源的設計，下面介紹利用芯片HV9910B 設計適用于大功率LED 的典型PWM方式開關驅動電路。
2. 2 電路設計
HV9910B 是一種通用LED 驅動控制器，它的適應性強，即可使用國際通用的市電供電，也可以用蓄電池或者太陽能供電，而且能夠接受范圍較寬的輸入電壓。輸出的恒流驅動電流范圍極寬，從幾十mA 到1 A以上。使用HV9910B 搭建的驅動器使用器件較少，電路簡單，生產(chǎn)成本也會降低。由HV9910B 設計的LED 恒流驅動電路如圖2 所示，輸入為AC 220 V 的市電，負載為10 只功率為1 W 的LED 串聯(lián)組成陣列。
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圖2 基于芯片HV9910B 控制的LED 驅動電路
電路輸入級由全波整流橋和一個濾波電容組成，完成對交流電的整流濾波。控制級由HV9910B 芯片搭建，經(jīng)輸入級濾波后的電壓輸入到芯片的Vin,作為電路的輸入電壓VI,其峰值是310 V,均值為190 V.VDD、LD、PWMD 端通過電容器接GND 端，以維持相應引腳的片內電壓。由GATE 端輸出頻率一定的方波脈沖信號作為開關信號控制開關管，其頻率由RT端所接的電阻設定，脈沖寬度由CS 端采樣電阻RCS反饋的LED 電流信號控制。電感L1在電路中起著至關重要的作用，為驅動電路提供濾波和儲能以及續(xù)流供電，以保持負載中電流的均衡性，恢復二極管完成構建續(xù)流通路的作用。在開關信號開通半周內，由前級濾波后的電勢向LED 負載直接供電，并給L1充電； 在開關信號關斷半周內，由充滿能量的L1給快恢復二極管、LED 組成的回路供能，實現(xiàn)在一個周期內完成對LED 的持續(xù)驅動。