深度解析 LED 驱动:线性驱动与开关型驱动方案对比

时间:2025-06-03

LED(发光二极管)作为一种能发光的半导体电子元件,早期仅能发出低光度的红光。随着技术的不断革新,如今的 LED 已能发出可见光、红外线及紫外线,光度也大幅提升。因其具备效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、可靠性强等传统光源无法比拟的优点,LED 被广泛应用于指示灯、显示器及照明等众多领域。


LED 驱动器(LED Driver)是驱动 LED 发光或使 LED 模块组件正常工作的电源调整电子器件。由于 LED PN 结的导通特性,其能适应的电源电压和电流变动范围极为狭窄,稍有偏差就可能导致无法点亮 LED、发光效率严重降低、缩短使用寿命甚至烧毁芯片。现行的工频电源和常见的电池电源均不适宜直接为 LED 供电,而 LED 驱动器能够驱使 LED 在电压或电流状态下工作。


开关型驱动方案


开关型驱动能够实现良好的电流控制精度和较高的总体效率,其应用方式主要分为降压式和升压式两大类。降压式开关驱动适用于电源电压高于 LED 端电压,或者多个 LED 采用并联驱动的情况;升压式开关驱动则适用于电源电压低于 LED 端电压,或者多个 LED 采用串联驱动的场景。


一般而言,隔离型驱动安全性高,但效率相对较低;非隔离型驱动效率较高。在实际应用中,需根据具体需求进行选择。目前,设计普通的基本 LED 驱动器照明应用相对简单,但如果需要实现相位控制调光和功率因子校正(PFC)等其他功能,设计难度将大幅增加。无功率因子校正功能的非调光 LED 驱动器通常包含一个离线式开关电源,用于在恒定电流下调节输出。


LED 驱动器的后端架构包含一个具备短路保护功能的电流调节电路。虽然可以利用线性调节电路实现这一功能,但这种方法效率低下,通常仅适用于低输出电流的情况,且很少应用于多级架构。替代方案是采用简单的、具有电流回馈功能的降压稳压器电路,以限制输出电流不超过期望的 LED 驱动电流。这种电路能够抵消总 LED 正向电压随温度和器件容差的变化,还能在出现短路或其他故障时限制电流,从而保护驱动器免受损坏。


线性驱动方案


线性驱动是一种为简单和直接的驱动应用方式。在照明级白光 LED 应用中,尽管存在效率低、调节性差等问题,但由于其电路简单、体积小巧,在一些特定场合仍有较多应用。


随着高 PF 高效线性 LED 驱动技术的日益成熟,欧盟 ERP 指令增加了对频闪的要求(SVM≤0.4,Pst LM≤1.0),如何兼顾无频闪、高 PF 和高效率成为了新的研究方向。以 PT4519 单段式线性高效率恒功率 LED 驱动芯片为例,它采用单段式结构,不存在 EMI 问题,系统外围无需电感或变压器等磁性元件,整个系统结构简单、成本低。


为实现去频闪,PT4519 采用了独特的设计。一般实现去频闪需在高效 LED 驱动基础上增加去频闪电路,但这种电路结构复杂且损耗大。PT4519 使用一个恒流源(Q2,OP2)作为无频闪的驱动,并联在主电路里,减少了串联应用带来的损耗。


在交流电压谷底期间,输入电压低于 LED 导通电压,需要储能电容 Co 维持 LED 输出。常规应用中,Co 的驱动(Q1,OP1)充电控制固定,充电电流无法根据输入电压及输出负载变化动态调整,可能导致效率下降或出现工频闪烁。PT4519 检测 Q2 的漏极电压作为 Q1 的充电控制反馈,增加环路补偿电路,使 Q2 在各种输入输出条件下恒流输出并保持较低输入电压,降低损耗,提高系统整体效率。同时,Q1 检测母线电压控制充电电流,在输入峰值高压时减小充电电流,还可通过 PF 脚外接电阻调整减小幅度,均衡系统的 PF 和效率。


当输入电压较低时,PT4519 改善了环路补偿 COMP 电压功能,在 COMP 电压升高到一定程度时降低基准,使 LED 输出电流下降,实现低输入电压时 LED 无频闪输出。


线性 LED 驱动芯片能够在低电压范围内以线性方式调节电流,确保 LED 稳定亮度。其主要特点包括恒流输出,保证 LED 灯亮度和色温稳定;高效率,无需磁性元件,避免 EMI 干扰,具有高功率因数和超低谐波失真(THD);集成智能温控功能,芯片温度过高时自动减小输出电流防止过热损坏。其应用领域广泛,涵盖照明领域的 LED 灯和其他照明设备、显示屏和广告牌的亮度精准控制,以及汽车行业的车灯和仪表盘等部件,有助于提高能效和延长 LED 寿命。


功率转换器电路


功率转换器电路有多种类型,每种类型都有特定应用场景。斩波器用于直流到直流的转换,常见于笔记本电脑和手机充电器等电池供电设备;逆变器将直流电转化为交流电,常用于太阳能发电系统;整流器将交流电转化为直流电,常用于电源适配器。功率转换器电路广泛应用于电源适配器、电机驱动器和太阳能电池板控制器等领域。


综上所述,LED 的开关型驱动和线性驱动方案各有优劣,在实际应用中需根据具体需求和场景进行合理选择。同时,功率转换器电路在不同领域也发挥着重要作用,共同推动着 LED 技术在各个行业的广泛应用和发展。




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