为高亮度LED提供高效电流驱动

高亮度led发展背景

近几年，高亮度led (hb led)在各种照明系统中作为光源日益受到青睐，这是由于高亮度led具有高度的可靠性，使用寿命可以达到几十甚至几万小时，比传统的白炽灯或卤素灯的使用寿命高出几个数量级。基于这一优势，高亮度led在汽车照明、公共标示与信号标志以及建筑照明中得到普遍应用。

高亮度led是经过特殊处理的pn结半导体器件，正向偏置时可发出白光、红光、绿光或蓝光(也可能产生其它颜色光)。作为pn结它们表现出类似于传统二极管的v-i特性，但具有较高的结压降。在正向电压达到vf (从红光led的2.5v到蓝光led的4.5v)，流过led的电流很小；一旦正向电压达到vf，电流将迅速上升(与传统二极管相同)。因此，必须采用限流措施限制电流的上升，以防led损坏。目前有三种基本的限流方式，表1对这三种方式进行了对比：

表1. 限流方式比较

1假设一个白色led：vf = 4v、iled = 350ma、vin = 12v。

高亮度led开关电源

图1是基于固定频率、高集成度pwm开关转换器max5035的高亮度led电源原理图，输出电流可达1a。另一类似器件max5033的输出电流可以达到500ma。这款基于电感的buck调节器能够准确控制流过led (或几个串联led，总电压为12v)的电流。max5035的开关频率为125khz，输入电压范围高达76v (需使用更高额定电压的输入电容和二极管)。此电路可以在较宽的输入电压范围内控制并保持恒定的led电流。表2总结了该电路的设计规格。

图1. 通过调节控制电压(0v至3.9v)，max5035 led电流驱动器能够在led_a和led_k端产生近似350ma至0ma的输出电流。

利用图1电路在控制端作用一个电压调节led电流(图2)。图3给出了这一控制架构的效率。

控制电压与三个并联检流电阻的电压共同作用到ic的反馈(fb)引脚。ic的内部控制环路使fb引脚的电压保持在大约1.22v，因此，由于控制电压与电流检测电压都必须保持在1.22v (由电阻r1和r5设置)，更高的控制电压将产生更小的电流。

以下等式除了适用于本例外，还可用来设计其它的输出电流和控制电压：

在许多情况下，利用低频(50hz至200hz)pwm方式调节led电流非常方便，通过控制脉冲宽度调节亮度(图4)。虽然led在每个脉冲期间保持相同亮度，肉眼能够察觉到短暂的亮度变化，但是，这种调节方法的优点在于光谱保持不变，采用幅度调节时光谱会随着流过led电流的变化而改变。

采用100hz pwm控制波形时，led电流的脉冲如图4所示。一般来说，低频pwm调光电路的效率比线性led调光电路(图2)更高。

结论

图1所示ic (max5035、max5033)为恒流驱动高亮度led提供了一种高性价比方案，该方案具有以下优势：

高开关频率(125khz)允许选择小电抗器件(l1和c2)。
能够在宽输入电压范围内实现高转换效率。
输出电压可达12v，能够驱动三个串联的高亮度绿色led。
无需机械散热器。
电压范围可扩展至76v，适用于驱动汽车高亮度led。
可用于24v信号标志灯和建筑照明。
通过变化电流检测电阻r2、r3与r4值，输出电流可达到1a。
内置开关功率mosfet，简化设计。
可通过控制输入引脚，利用模拟电压幅度(线性调光)调节led的亮度。
通过控制输入，利用低频pwm信号调节亮度。