1、引言

　　"低碳生活"（low-carbon life）就是把生活作息時間中所耗用的能量盡量減少，從而減低二氧化碳的排放量。低碳生活，對于普通人來說是一種生活態(tài)度，同時也成為人們推進潮流的新方式。它給我們提出的是一個"愿不愿意和大家共同創(chuàng)造低碳生活"的問題。 但是我們應(yīng)該積極提倡并去實踐低碳生活，要注意節(jié)電、節(jié)氣、熄燈一小時…從這些點滴做起。除了植樹，還有人買運輸里程很短的商品，有人堅持爬樓梯，形形色色，有的很有趣，有的不免有些麻煩。低碳生活可以理解為：減少二氧化碳的排放，就是低能量、低消耗、低開支的生活。但前提是在不降低生活質(zhì)量的情況下，盡其所能的節(jié)能減排。"節(jié)能減排",不僅是當今社會的流行語，更是關(guān)系到人類未來的戰(zhàn)略選擇。提高"節(jié)能減排"意識，對自己的生活方式或消費習慣進行簡單易行的改變，一起減少溫室氣體（主要減少二氧化碳）排放，意義十分重大。"低碳生活"節(jié)能環(huán)保，有利于減緩氣候變暖和環(huán)境惡化的速度。

　　2、LED工作原理

　　要設(shè)計驅(qū)動電路，首先要掌握其工作原理。LED的亮度主要與VF、IF有關(guān)。LED的伏安特性見圖1,其中VF是LED的正向壓降、IF是正向電流。當正向電壓超過閾值（即導通電壓，如圖約1.7V）時，可近似認為IF與VF成正比。由圖可知，LED的IF可達1A,而VF通常為2 V~4V.

　　圖1:LED的VF與IF 的關(guān)系

　　大功率，指發(fā)光功率大，一般指0.5W,1W 3W 5W或更高的。光強與流明是比小功率大，但同樣散熱也很大，現(xiàn)在大功率都是單顆應(yīng)用，加很大的散熱片。小功率一般是0.06W左右的?，F(xiàn)在LED手電一般是用小功率用的，光散不散，取決于LED的發(fā)光角度，有大角度小角度之分，小角度不散，大角度才散。市面上的手電筒一般是用草帽頭做的。效果很好?，F(xiàn)在就擔心有些廠家不重質(zhì)量，拿的次品LED做電筒，用不了多久就有死燈。

　　LED的亮度是跟LED的發(fā)光角度有必然關(guān)系的，LED的角度越小它的亮度越高，沒有什么超亮不超亮的，那是騙小孩的，如果是質(zhì)量好的LED不管是哪家LED廠家生產(chǎn)的大家的亮度都差不多的，只是生產(chǎn)工藝不一樣，使用壽命略有不同，因為大家用的都是那幾家國外的LED芯片。如果是5MM的LED180度角的白光的亮度只有幾百MCD,如果是15度角的亮度就要去到一萬多兩萬MCD的亮度了，亮度相差好幾十倍了，如果是用于照明用的，在戶外是用大功率的LED了，亮度就更高了，單個功率有1W,3W,5W,還有的是用多個大功率組合成一個大功率的LED,功率去到幾百都有。

　　LED的正向壓降變化范圍比較大（可達1V以上），而由上圖中的VF-IF曲線可知，VF的微小變化會引起IF較大的變化，從而引起亮度的較大變化。但一般的整流電路的輸出電壓隨著電網(wǎng)電壓的波動也會變化，由此可知，采用恒壓源驅(qū)動不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的特性。因此，LED驅(qū)動通常采用恒流源驅(qū)動。

　　3、LED驅(qū)動技術(shù)

　　由LED的工作原理知道，要使LED保持的亮度狀態(tài)，需要恒流源來驅(qū)動。驅(qū)動的任務(wù)既要保持恒流特性，還要保持較低的功耗。為了滿足以上要求，通常采用的控制電流的方法有：通過調(diào)節(jié)限流電阻的大小實現(xiàn)控制電流；通過調(diào)節(jié)限流電阻上的基準電壓來調(diào)節(jié)電流；PWM調(diào)制實現(xiàn)電流控制。LED的驅(qū)動技術(shù)與開關(guān)電源中應(yīng)用的技術(shù)十分類似，LED驅(qū)動電路是一種電源轉(zhuǎn)換電路，但輸出的是恒定電流而非恒定電壓。無論在任何情況下，都要輸出恒定而平均的電流，紋波電流要控制在一定的范圍內(nèi)。

　　正向壓降（VF）和正向電流的（IF）關(guān)系曲線，由曲線可知，當正向電壓超過某個閾值（約2V），即通常所說的導通電壓之后，可近似認為，IF與VF成正比。見表是當前主要超高亮LED的電氣特性。由表可知，當前超高亮LED的IF可達1A,而VF通常為2~4V.

　　由于LED的光特性通常都描述為電流的函數(shù)，而不是電壓的函數(shù)，光通量（φV）與IF的關(guān)系曲線，因此，采用恒流源驅(qū)動可以更好地控制亮度。此外，LED的正向壓降變化范圍比較大（可達1V以上），而由上圖中的VF-IF曲線可知，VF的微小變化會引起較大的，IF變化，從而引起亮度的較大變化。所以，采用恒壓源驅(qū)動不能保證LED亮度的一致性，并且影響LED的可靠性、壽命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驅(qū)動。

　　LED的溫度與光通量（φV）關(guān)系曲線，由下圖可知光通量與溫度成反比，85℃時的光通量是25℃時的一半，而一40℃時光輸出是25℃時的1.8倍。溫度的變化對LFD的波長也有一定的影響，因此，良好的散熱是LED保持恒定亮度的保證。

　?、?限流法

　　如圖2所示，這是傳統(tǒng)的電路。電網(wǎng)電壓通過降壓、整流、濾波后，通過電阻限流使LED穩(wěn)定工作。這種電路的致命缺點是：電阻R上的功耗直接影響了系統(tǒng)的效率，再加上變壓器損耗，系統(tǒng)效率約50%.當電源電壓在±10%的范圍內(nèi)變動時，流過LED的電流變化將≥25%,LED上的功率變化超過30%.電阻限流的優(yōu)點是設(shè)計簡單、成本低、無電磁干擾；但是電流會隨著VF的變化而改變亮度，效率很低，散熱難。

　　圖2:限流法

　　二極管改為空心通直線，電容為平行直線，刪除'+'號，符號改為斜體，腳注改為小寫正體

　?、?穩(wěn)壓法

　　圖3是在圖2的基礎(chǔ)上加了一個集成穩(wěn)壓元件MC7809,使輸出端的電壓基本穩(wěn)定在9V,限流電阻R可用得很小，不會造成LED的電壓不穩(wěn)。但是，此電路效率還是低。因為MC7809和R1上的壓降仍占很大比例，其效率約為40%左右。這就稱不上是節(jié)能照明產(chǎn)品。為了達到既能使LED穩(wěn)定工作，又能保持高的效率，應(yīng)采用低功耗的限流元件和電路來使系統(tǒng)效率提高。線形穩(wěn)壓法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、外部元件少、效率中等、成本較低。

　　圖3:穩(wěn)壓法

　　二極管改為空心通直線，電容為平行直線，刪除'+'號，符號改為斜體，腳注改為小寫正體

　?、?PWM法

　　PWM脈寬調(diào)制，即用脈寬調(diào)制的方法，改變LED驅(qū)動電流的脈沖占空比來控制光的亮度。是利用簡單的數(shù)字脈沖，反復開關(guān)LED驅(qū)動器的調(diào)光技術(shù)。使用者只需提供寬、窄不同的數(shù)字脈沖，即可實現(xiàn)改變輸出電流，從而調(diào)節(jié)白光LED的亮度。此驅(qū)動電路的特點是，通過一個電感器將能量傳遞給負載，通常是用一個PWM控制信號，對MOSFET晶體管觸發(fā)導通和關(guān)斷來實現(xiàn)。通過改變PWM的占空比和電感器的充放電時間，對輸入電壓和輸出電壓的比率進行調(diào)節(jié)。這類電路常見的結(jié)構(gòu)包括降壓、升壓、降壓-升壓等類型。優(yōu)點是高效、穩(wěn)定，但容易產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲，成本高，設(shè)計復雜。

　　圖4:PWM法

　　上圖的符號改為斜體

　　圖4的PWM信號，經(jīng)過三極管VQ1的基極連接到P溝道MOS管的柵極上。P溝道MOS管的柵極驅(qū)動，采用簡單的NPN三極管驅(qū)動放大電路，以改善MOS管的導通過程，減少驅(qū)動電源的功率。當驅(qū)動電路直接驅(qū)動MOS管時，會引起被驅(qū)動MOS管的快速開通和關(guān)斷，這就可能造成被驅(qū)動MOS管漏源極間電壓的振蕩。一則引起射頻干擾，二則有可能造成MOS管遭受過高的電壓而擊穿損壞。為解決這一問題，需在被驅(qū)動MOS管的柵極與驅(qū)動電路的輸出之間串聯(lián)一只無感電阻。當PWM波輸出高電平時，三極管VQ1導通，從而使MOS管的柵極電壓低于源極電壓，MOS管的源極和漏極導通，LED點亮。當PWM波輸出低電平時，VQ1截止，LED熄滅。

　　4、典型照明LED驅(qū)動方案

　　目前LED市場主要有日本的日亞化學（Nichia）、豐田合成（ToyodaGosei）、美國Cree公司、歐洲飛利浦（PhilipsLumileds）和歐司朗（Osram）5家掌控。照明LED驅(qū)動芯片制造商，國內(nèi)利用較多的有華潤矽威科技和臺灣點晶科技的產(chǎn)品，國外利用較多的有安森美和美國國家半導體等芯片。

　　（1）華潤矽威的LED驅(qū)動芯片

　　華潤矽威科技推出的PT4207采用SOP8封裝，是一款高壓降壓式LED驅(qū)動控制芯片，能適應(yīng)從18V到450V的輸入電壓范圍，可支持上百個LED的串并聯(lián)驅(qū)動應(yīng)用，占空比可達100%,以保證系統(tǒng)的高效能。內(nèi)置輸入電壓補償功能，極大改善了PT4207在不同輸入電壓下的LED電流穩(wěn)定性。PT4207內(nèi)置一個350mA開關(guān)，并配備外部MOS開關(guān)驅(qū)動端口。對于350mA以下的應(yīng)用無需外部MOS開關(guān)，對于高于350mA的應(yīng)用可采用外部MOS管擴展電流。LED電流可通過外部電阻設(shè)定。通過多功能調(diào)光DIM管腳，可使用電阻或DC電壓線性調(diào)節(jié)LED電流，也可使用數(shù)字脈沖信號進行PWM調(diào)光。PT4207具有多種保護功能，包括負載短路保護、開路保護、過溫度保護等。適合AC/DC LED日光燈、RGB背光LED驅(qū)動、LED環(huán)境裝飾燈等各種應(yīng)用。PT4207的典型應(yīng)用線路如圖5所示。

　　圖5:LED日光燈驅(qū)動芯片PT4207典型應(yīng)用線路

　　二極管改為空心通直線，電阻為長方形，符號改為斜體，腳注改為小寫正體

　　（2）安森美LED驅(qū)動芯片

　　安森美半導體NCL30000是一款的產(chǎn)品，成本低，性能佳。這器件集成了PFC、DC-DC轉(zhuǎn)換和LED驅(qū)動器，簡單易用，其小型SOIC封裝也有利于小巧設(shè)計和低成本。NCL30000采用緊湊型的8引腳表面貼裝封裝，使用臨界導電模式反激架構(gòu)，以單段式拓撲結(jié)構(gòu)，在寬AC輸入電壓范圍內(nèi)提供大于0.95的高功率因數(shù)。典型應(yīng)用包括LED驅(qū)動器電源、LED嵌燈、三端雙向可控硅開關(guān)組件（TRIAC）可調(diào)光LED燈及功率因數(shù)校正恒壓電源。其典型應(yīng)用原理圖如圖6所示。

　　圖6:NCL30000 典型應(yīng)用原理圖

　　二極管改為空心通直線，電阻為長方形，符號改為斜體，腳注改為小寫正體

　?。?）美國國家半導體LED驅(qū)動芯片

　　恒流降壓型，Vin范圍：LM3405 3V -15V/LM3405A 3V-22V;基準電流源：200mV;工作頻率：0.550/1.6MHZ;PWM調(diào)光。典型應(yīng)用為：家用照明、路燈、廣告裝飾等。LM3405典型應(yīng)用原理圖見圖7.

　　圖7:LM3405典型應(yīng)用原理圖

　　二極管改為空心通直線，電阻為長方形，符號改為斜體，腳注改為小寫正體

　?。?）臺灣點晶科技LED驅(qū)動芯片

　　DM413是全彩驅(qū)動芯片，內(nèi)置灰度產(chǎn)生器，采用PWM脈寬調(diào)制方式。專為LED 照明、裝飾、大屏顯示等應(yīng)用而設(shè)計。恒流輸出：100mA;輸出承受電壓： 17V;串行時鐘頻率：20MHz;芯片工作電壓：3.3V--5.5V.DM413具有若干信號輸入輸出引腳及多個功能設(shè)定引腳。信號通過輸入接口給DM413相應(yīng)的輸入引腳。3個輸出引腳用于連接LED,可分配給R,G,B三個顏色，同一個輸出引腳接相同顏色的LED,根據(jù)配色需要，每個輸出引腳可接一個或多個LED.控制器輸出接口具有三條信號線：一條串行數(shù)據(jù)輸出線，一條時鐘信號輸出線及一條鎖存信號線。這三條線分別接到驅(qū)動芯片相應(yīng)的3個引腳上。和一般的串行移位機制相同，在時鐘信號的控制下，串行數(shù)據(jù)在驅(qū)動芯片內(nèi)部移位寄存。當數(shù)據(jù)發(fā)送接收完畢，控制器向驅(qū)動芯片發(fā)送鎖存信號，使LED驅(qū)動芯片鎖存已存儲的數(shù)據(jù)，同時會根據(jù)所存儲的數(shù)據(jù)驅(qū)動LED發(fā)光。該方式控制LED以人眼分辨不出的高頻率快速亮滅，根據(jù)芯片所存儲的數(shù)據(jù)設(shè)定亮和滅所占的比例，即實現(xiàn)灰度級別的控制。DM413的典型應(yīng)用原理圖見圖8.

　　圖8:DM413典型應(yīng)用原理圖

　　二極管改為空心通直線，電阻為長方形，符號改為斜體，腳注改為小寫正體

　　5、結(jié)語

　　綜上所述可以看出，LED在工作時需要有穩(wěn)流、穩(wěn)壓的元件，但是此類元件應(yīng)具備自身承擔的分壓高但功耗要小的特性。所以，應(yīng)盡可能采用電容、電感或有源開關(guān)電路等高效電路，這樣才能保證LED系統(tǒng)的高效率。采用串聯(lián)式集成恒功率輸出電路，可以使LED的光輸出在很寬的電源范圍內(nèi)保持恒定，但一般的IC電路會因此而使效率有所下降。采用有源開關(guān)電路，可以保證在較高的轉(zhuǎn)換效率下，實現(xiàn)電源電壓大幅度變化時恒功率輸出。利用脈沖寬度調(diào)變（PWM）來設(shè)定循環(huán)和工作周期可能是實現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的簡單的方法。