典型LED驱动器电路图实例及深度解析

LED(发光二极管)凭借其高效、节能、长寿命等优势，在照明领域得到广泛应用。然而，LED对电源的电压和电流变动范围十分敏感，稍许偏离就可能影响其发光效率、缩短寿命甚至烧毁芯片。因此，LED驱动器成为确保LED稳定工作不可或缺的关键部件。本文将深入解析典型LED驱动器电路图的工作原理、主要组成部分及实例，为读者提供详尽的技术参考。

一、LED驱动器的工作原理

LED驱动器的主要功能是将输入电源(通常为交流电)转换为适合驱动LED的电源，并通过电流调节确保LED在最佳电压或电流状态下工作。其工作原理可分为以下两个核心步骤：

电源转换：

整流：将交流电通过整流电路转换为直流电。

滤波：利用滤波电路减小电源的纹波和噪声，确保输出直流电的稳定性。

变压：通过变压器对电源电压进行变压转换，以满足LED的电压需求。这一过程常采用开关电源技术，以提高能量转换效率。

电流调节：

线性调节：通过调整电阻或变阻器来调节电流，但效率较低，适用于小功率场合。

脉冲宽度调制(PWM)：利用开关元件(如晶体管或MOSFET)控制电流的通断时间比例，实现电流调节。这种方法效率高，且易于实现调光功能。

恒流源：通过反馈回路实时监测LED电流，并根据需求进行调整，确保输出恒定电流。这种方法稳定性高，适用于对电流稳定性要求较高的场合。

二、典型LED驱动器电路的主要组成部分

一个完整的LED驱动器电路通常由以下部分组成：

输入过压保护电路：

功能：防止雷击或市电冲击产生的浪涌电压损坏后续电路。

组成：包括压敏电阻(RV)和限流电阻(R1)。压敏电阻在过电压时呈现短路状态，截断输入电流;限流电阻用于限制电流，保护压敏电阻。

整流滤波电路：

功能：将交流电转换为平滑的直流电。

组成：包括桥式整流器和滤波电容(如C1、C2)。桥式整流器利用二极管的单向导通性将交流电转换为直流电;滤波电容用于减小直流电的纹波和噪声。

脉宽调制(PWM)控制器电路：

功能：控制开关元件的通断时间比例，实现电流调节。

组成：包括PWM控制器(如TK5401)和开关元件(如MOSFET)。PWM控制器输出脉冲信号控制开关元件的通断;开关元件在高频下工作，实现高效的电源转换。

输出整流滤波电路：

功能：将变压器输出的交流电转换为平滑的直流电，为LED提供稳定的供电。

组成：包括整流二极管(如D4)和滤波电容(如C8)、电感(如L1)。整流二极管将交流电转换为直流电;滤波电容和电感用于减小直流电的纹波和噪声。

输出取样反馈恒流电路：

功能：监测LED电流，并通过反馈回路调节PWM控制器的输出，确保输出恒定电流。

组成：包括电流检测电阻(如R4)、光耦(如PC817)和反馈电路。电流检测电阻用于将电流信号转换为电压信号;光耦用于隔离反馈电路和主电路，提高电路的稳定性。

三、典型LED驱动器电路图实例及解析

1、分立式高电流开关模式LED驱动器电路图

这是一个分立式高电流开关模式 LED 驱动电路。该电路的基础是降压转换器原理。该电路的效率为 80% 至 90%。该电路可应用于汽车照明应用。该电路的优点是元件少、成本低。

该电路的电压输入范围为+6V至+8V。该电路采用47uH电感L1，确定最大频率<100Khz，效率约为80%。电感越小，电路的最大开关频率越高。使用图中的元件，电流输出为300mA。该电路使用肖特基二极管在 t(off) 期间为 LED 电流提供电流路径。

2、宽输入电压范围高功率LED驱动器电路图

这是一种宽输入电压范围的大功率LED驱动电路。该电路基于降压/升压转换器控制器，可调节白光 LED 的电流。该电路可用于替代白炽灯泡，它可以有效地将 LED 与可用电源(例如汽车电气系统、电池等)相匹配。它还可以用于控制和调节 LED 输出，尽管电源的输出电压存在变化。

该电路要求输入电压范围为最小 2.7V 到最大 16.5V。对于电流调节环路，该电路使用带有外部 MOSFET 功率开关的降压-升压转换器控制器 (IC1) 以及与功率 LED 串联的 0.1Ω 电流检测电阻。

3、SSL3250A闪光灯LED驱动器电路图

我们可以将 SSL3250A(异步升压照片闪光灯双 LED 驱动器)用于移动应用。该器件确保了多种实现可能性，因为它具有宽输入电压范围，并且在宽输出电压范围内具有大的最大输出电流。由于其高效率和软启动，它具有较长的电池寿命和较低的功率压力。该器件具有许多功能，可用于保护电池和 LED 免受过载，并导致整个移动应用的无故障运行，例如过压、过热和反馈短路保护、欠压锁定和超时功能。

该器件(SSL3250A)有两种通用控制模式：直接控制(下电路原理图)和I2C控制(上电路原理图)。该 IC 设计为在直接控制模式下由应用程序直接控制。要更改 SSL3250A 的时序和电流设置，我们可以使用 I2C 控制。我们还可以使用 I2C 控制将驱动器切换到 Flash 模式、Torch 模式或 Indicator 模式。 EN1和EN2用于直接控制模式。 SCL、SDA、STRB用于I2C控制模式。在典型的应用中，我们只允许使用一种控制模式。

4、低压差线性LED驱动器电路图

对于高输入/输出电压差的应用，效率低和发热是使用线性稳压器与开关稳压器相比的两个最大缺点。这两件事用于防止在许多应用中使用线性器件，特别是在功耗要求较低的应用中。然而，选择使用线性 LED 驱动器来解决背光应用并不意味着 PDA 和手机的效率较低。

上图向我们展示了如何实施线性低压差 (200mV) LED 驱动器(例如 NUD4301 器件)来解决背光应用问题。

5、高亮度LED驱动器电路图

这是一个高亮度 LED 驱动电路。为了提供恒定电压输出，我们通常使用 DC/DC 稳压器。但恒流输出才是LED应用所需要的。为了提供恒流输出，我们可以使用该电路。

该电路使用 R1 来检测 LED 电流。 TPS40211 具有 250mV 的低参考电压，可用于最大限度地降低 R1 中的损耗。为了在 LED 串开路时防止输出过压，该电路使用 D1。可以通过将电流注入 FB 引脚、通过 PWM 调光或通过改变 R1 的值来对亮度进行编程。