LED驱动电源毕业设计Word文件下载.docx

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采用阻容降压方式驱动LED的亮度不能稳定，当供电电源电压低时LED的亮度变暗，供电电源电压高时LED的亮度变亮些，LED正向电压的任何变化都会导致LED电流的变化。

由温度或电压变化引起的特定压变，导致正向电流降低，正向电压变化11％会导致更大的正向电流变化，达30％。

电流的变化较大，使LED的亮度不能恒定，阻容降压方式驱动LED的最大优势是成本低。

图1.1-1（恒压驱动原理图）

常用的稳压电路，存在稳压精度不够和稳流能力较差的缺点，故不采用。

1.2恒流驱动

LED恒流驱动方式，是比较理想的驱动方式，它能避免LED正向电压的改变而引起电流变动，同时恒定的电流使LED的亮度稳定。

因此众多厂家选用恒流方式的LED驱动。

1.2.1双三极管恒流驱动

这种恒流源（如图1.2.1-1）原理Ib1、Ib2较小，可忽略。

当Ie2电流增大，Ube1增大，Ic1增大，B点点位上升，Ube2下降，迫使Ie2回落。

优点是简单易行，而且电流的数值可以自由控制，也没有使用特殊的元件，有利于降低产品的成本。

缺点是不同型号的管子，其Ube电压不是一个固定值，即使是相同型号，也有一定的个体差异。

同时不同的工作电流下，这个电压也会有一定的波动，不适合精密的恒流需求。

电流数值为：

I=Ube/R1

图1.2.1-1（双三极管恒流驱动原理图）

因恒流精确不够，故不采用此方案。

1.2.2利用TL431恒流驱动

TL431恒流驱动（如图1.2.2-1），电阻RCL的选择是以设计所需电流和RCL上的电压达到2.5V为准。

三极管根据电路功率大小及管子自身的耗散来确定，当然选用功率大点的管子比较安全。

RCL其实不是负载电阻，而是电压取样电阻。

一旦你需要的电流大小一定，这个阻值就定了，RCL=2.5/IOUT，负载是接三极管的集电极，当电压开始升高时，流经三极管的偏流电流也增大，从而导致流经RCL的电流也大幅增大，RCL的电压降也增大。

但一旦RCL电压升高，TL431就会动作而使它的阴阳极的电流大幅增加（分流三极管的偏流电流），最终结果是使RCL的电压回到2.5V为止。

因为三极管的基极偏流电流大小是很小的，它的微小变化就会带来其发射极电流的大变化，所以基极电流的变化对恒流大小的变化可以忽略不计的，所以这样的电路其输出电流几乎不受输入电压的变化影响，但当输入电压升高TL431消耗能量增加，电路效率降低。

图1.2.2-1（TL431恒流驱动原理图）

此方案恒流精确度稳定，但因工作效率低，故不采用此方案。

1.2.3利用LM317恒流驱动

输出电流IO=Vref/R+Iadj，式中Vref是基准电压，为1.25V，Iadj是从调整端流出的电流，通常小于50µ

A,虽然Iadj也随Vi的环境变化而变化，且也是IO的一部分，但与IO相比，可忽略不计，恒流精度准确，效率高（如图1.2.3-1）。

图1.2.3-1（LM317做恒流驱动原理图）

但由于不够集成化，不采用此方案。

1.3集成芯片驱动

1.3.1LT1117-3.3

特点：

节省空间的SOT-223表面贴装封装，可在空间受限的应用中使用

需要一个最小10μF的输出电容以实现稳定性

固定输出3.3V

高达800mA的输出电流

低至1V的压差

在多种电流水平保证电压差

0.2％的电压调节最高

0.4％负载调整最大

以上器件输出电压满足大功率LED的典型电压值，但低压锂电驱动压差很难稳定保持1V，芯片工作异常，且驱动电流过大；

做高压驱动芯片虽工作正常，但电流做3WLED驱动依然过大，故不采用。

1.3.2LY5611

工作电压范围：

2.7V～6V

芯片内部集成有功率晶体管

低压差

用外部电阻设置的输出电流30mA～800mA

输出电流精度：

±

8%

芯片过温保护

LED短路/开路保护

工作的环境温度范围：

－40℃到85℃

采用5管脚的SOT89封装，无铅

典型驱动电路（如图1.3.2-1）

图1.3.2-1（LY5611驱动电路图）

以上条件满足LED典型工作电压，电流可调节，且具有亮度调节功能，依据工作电压可以做低压驱动1～3WLED，但因元件采购问题，性价比考虑，不做采用。

1.3.3AMC7135

无需外部元件要求

350mA的恒定电流

输出短路/开路保护

低压差电压

低静态电流

内建过热保护

电源电压范围为2.7V～6V的

2千伏HBM的ESD保护

先进的BI-CMOS工艺

采用SOT-89和TO-252封装

典型驱动电路（如图1.3.3-1）

图1.3.3-1（AMC7135驱动电路图）

因其无需任何外部器件，输出驱动电流恒定350mA，高效率，故本次低压驱1WLED设计采用此方案。

1.3.4AMC7150

只需要5个外部元件

输出驱动电流高达1.5A

4V的～40V的宽工作电压范围

高效率

HBM的2千伏ESD保护

典型驱动电路（如图1.3.4-1）

图1.3.4-1（AMC7150驱动电路图）

依以上条件做低压驱动不够稳定，故不采用，它可做高压驱动，且具有电流调节功能。

1.3.5PT4115

极少的外部元器件

很宽的输入电压范围：

从6V～30V

最大输出1.2A的电流

复用DIM引脚进行LED开关、模拟调光和PWM调光

5%的输出电流精度

LED开路自然保护

高达97%的效率

输出可调的恒流控制方法

增强散热能力的ESOP8封装可用于大功率驱动

典型驱动电路（如图1.3.5-1）

与AMC7150性比，效率高10-20%，LED精度高5-10%，封装小，外部元器件少，故采其做高压驱动1～3WLED。

综上诉述；

一节锂电池驱动1WLED，采用AMC7135，6～12V驱动1～3WLED，采用PT4115。

图1.3.5-1（PT4115驱动电路图）

2电路的设计与元器件选择

2.1一节锂电驱动1W～3W白色LED的驱动电路

该AMC7135是一个低压差电流，稳压器额定350mA的恒定电流，低静态电流和低压差，电压是通过先进的Bi-CMOS过程。

以下是AMC7135的二条特性曲线：

图2.1-1（电流时间函数图）

图2.1-2（电压时间函数图）

AMC7135稳压IC不但可以提高最重要的使用时间两倍以上，还可以保证LED不受大电流（高达1A以上）之击穿。

也不会使LED因电流过大而过热，造成严重光衰的效应，手电筒中的LED电流一直稳于350mA，也就是LED电流均会在LED出厂之操作規格中使用，不但提高电池实际上的使用时间，也可使故障率降至最低。

当实际使用AMC7135时，偶尔会发生电压输入端极性接反，就需考虑到使用者把电池正负端极性装反的状況。

为了预防电路因此而发生故障，为了防止电池正负极性接反时电池能量被快速消耗掉，在电源以及IC之输入脚间增加一顆二极管，例如1N4148，如图2.1-3所示之保护装置。

图2.1-3（AMC7135改进电路）

2.26V～12V驱动1W～3W白色LED的驱动电路

PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，用于驱动一颗或多颗串联LED。

PT4115输入电压范围从6伏到30伏，输出电流可调，最大可达1.2安培。

根据不同的输入电压和外部器件，PT4115可以驱动高达数十瓦的LED。

PT4115内置功率开关，采用高端电流采样设置LED平均电流，并通过DIM引脚可以接受模拟调光和很宽范围的PWM调光。

当DIM的电压低于0.3伏时，功率开关关断，PT4115进入极低工作电流的待机状态。

PT4115采用SOT89-5封装和ESOP8封装。

图2.2-1（PT4115驱动LED个数与效率关系图）

可见PT4115在负载越多的时候本身的消耗越小，功率越大。

故我们采用PT4115同时驱动三个1WLED（如图2.2-2），可保证PT4115效率在90%。

图2.2-2（PT4115驱动3个1WLED）

外部器件选择

RS：

通过外部电流采样电阻RS设定LED平均电流LED的平均电流由连接在VIN和CSN端的电阻RS决定：

Iout=0.1/RS（RS≥0.082Ω）

上述等式成立的前提是DIM端浮空或外加DIM端电压高于2.5V（但必须低于5V）。

实际上，RS是设定了LED的最大输出电流，通过DIM端，LED实际输出电流能够调小到任意值。

旁路电容：

在电源输入必须就近接一个低等效串联电阻（ESR）的旁路电容，ESR越大，效率损失会变大。

该旁路电容要能承受较大的峰值电流，并能使电源的输入电流平均，减小对输入电源的冲击。

直流输入时，该旁路电容的最小值为4.7μF，在交流输入或低电压输入，旁路电容需要100μF的钽电容或类似电容。

该旁路电容尽可能靠近芯片的输入管脚，选取规则见表2.2-1。

表2.2-1电容的选取规则

输出电流

电感值

饱和电流

Iout＞1A

27-47μH

大于输出电流1.3-1.5倍

0.8A＜Iout≤1A

33-82μH

0.4A＜Iout≤0.8A

47-100μH

Iout≤0.4A

68-220μH

选取电感：

PT4115推荐使用的电感参数范围为27uH～100μH。

电感饱和电流必须要比输出电流高30%到50%。

LED输出电流越小，建议采用的电感值越大。

在电流能满足要求的前提下，希望电感取得大一些，这样恒流的果会更好一些。

电感器在布板时请尽量靠近VIN和SW，避免寄生电阻所造成的效率损失。

选取二极管：

为了保证最大的效率以及性能，二极管（D）应选择快速恢复、低正向压降、低寄生电容、低漏电的肖特基二极管，电流能力以及耐压视具体的应用而定，但应保持30%的余量，有助于稳定可靠的工作。

另外值得注意的一点是应考虑温度高于85℃时肖特基的反向漏电流。

过高的漏电会导致增加系统的功率耗散。

AC12V整流二极管（D）一定要选用低压降的肖特基二极管，以降低自身功率耗散。

模拟调光：

DIM端可以外加一个直流电压（VDIM）调小LED输出电流，最大LED输出电流由（0.1/RS）设定，LED平均输出电流计算公式：

Vdim在（0.5V≤Vdim≤2.5V）范围内LED保持100%电流等于Iout=0.1/Rs。

软启动模式：

通过在DIM接入一个外部电容，使得启动时DIM端电压缓慢上升，这样LED的电流也缓慢上升，从而实现软启动。

通常情况下，软启动时间和外接电容的关系大约为0.8ms/nF。

图2.2-3（DIM模拟调光电路图）

2.3主要元器件的选择

（1）1W大功率白色LED4个；

（2）AMC7135集成块1块；

（3）锂电池1块；

（4）PT4115集成块1块；

（5）100μF电容；

（6）0.33Ω电阻；

（7）68μH电感；

（8）低压降的肖特基二极管1个；

（9）104电位器1个；

3经验体会

3.1设计过程中遇到的问题及其解决方法

（1）在电容的等效链接过程中，简单的认为其链接方法、原理与电阻的相同，后经测试查阅资料才知道，其与电阻正好相反。

（2）在布板接线时，一直按着电路图对应着放置器件，在焊接时发现器件时总会出现器件拥挤的现象，后经适当调整位置，分散器件位置，合理布局，解决了问题。

（3）在焊接SOT–89封装器件时，焊接技术不好总会出现连焊情况，在多加练习后解决了问题。

（4）PT4115调光效果不明显，只能将其点亮或熄灭，并不能实现亮暗调节，检查原因，发现是电位器阻值过大，调节精度不够，改换全值小的电位器后，调光效果明显改善。

3.2设计体会

在此次的大功率白色LED驱动电路设计过程中，更进一步地熟悉了LED的结构，LED有很高的发光效率可达到100-200lm/W，它耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强、环保等优点，LED对于人们的生活有很大的帮助。

还掌握了各元件的工作原理和其具体的使用方法。

在连接电路的接法中，要求熟悉逻辑电路及LED的功能，那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。

通过此次实训我们学到了课堂上学不到的知识，实训和实验不同，实验是为了提高大家的动手能力，而实训需要通过大家的构想、设计、计算再通过实践去完成，这对我们学习是一大考验。

了解了如何驱动大功率白色LED电路，不只有一种方法能实现，但要用一节锂电驱动白色LED电路最合理的是用AMC7135。

从中我们还学到许多器件的知识，例如AMC7135,AMC7150，PT4115等，它们的用途如何让驱动它们，及相关电路图和所应用的范围，如PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源，用于驱动一颗或多颗串联LED，PT4115输入电压范围从6伏到30伏，输出电流可调，最大可达1.2安培。

做6V～12V驱动1W～3W白色LED的驱动电路用PT4115最合适。

我们还找到很多有关本专业的相关网站，这对我们有很大的帮助，这些网站详细的介绍了本专业的许多课外知识，补充了我们课本内所学不到的知识，丰富了我们的知识宝库，对我们的学习有很大的帮助，开发了我们思维能力，也提高了我们的动手能力。

实训对于我们今后的学习有很大的帮助，为我们的学习开拓了新天地。

参考文献

[1]余孟尝：

数字电子技术基础简明教程（第四版）,电子工业出版社，2009，P5-P12

[2]钱莉：

电工电子技术实训[M].北京:

北京航空航天大学出版社,2010，P23-P25

[3]陈学平：

电工技术基础与技能实训教程[M].重庆:

电子工业出版社,2006，P71-P71

[4]张晓东等：

电工实用电子制作[M].北京:

国防工业出版社，2005，P3-P4

[5]江月松：

光电技术与实验[M].北京：

北京理工大学出版社，2000，P123-P125

附录A：

元器件清单

序号

位号

名称

型号规格

单位

数量

单价

（元）

合计

备注

1

LED

W

4

2

AMC7135

3

锂电池

PT4115

5

电容

100

μF

6

电阻

0.33

Ω

7

电感

68

μH

8

二极管

9

电位器

104

..