LED驱动电路基础

第三章LED驱动电路3.1LED驱动器为满足不同的输入电压，不同的输出电流及不同的LED数量等要求，各半导体器件公司纷纷开发出各种新型白光LED驱动器。驱动器除可驱动白光LED外，也可驱动蓝光LED或其他颜色的LED。另外，驱动器具有稳定输出或者可编程恒流输出的特点，故可用驱动器作为稳压电源或者可编程恒流源。1、常用的LED电源驱动方案无论采用哪种电源驱动方案一般都不能直接给LED供电，对于不同的使用情况，在LED电源变换器的技术实现上有不同的方案。（1）低压驱动由于电池供电时，电压一般为0.8-1.65V，对于LED这样的低功耗照明器件，这是一种常见的使用情况，这种方法主要用于便携式电子产品，驱动小功率及中功率的白光LED，比如：LED手电筒，LED应急灯等（2）过渡电压驱动是指给LED供电的电源电压值在LED管压降附近变动，这个电压有时可能略高于LED的管压降，有时可能略低于LED的管压降，如一节锂电池或两节串联的铅蓄电池，满电电压在4V以上，电快用完的时候在3V以下，例如LED矿灯。（3）高压驱动高压驱动是指给LED供电的电压始终高于LED的管压降，始终大于5V，由稳压电源或者蓄电池供电，用于驱动LED灯，例如，太阳能草坪灯，机动车的灯光系统等。高压驱动LED需要解决压降问题，由于高压驱动一般是由普通蓄电池供电，会用到比较大的功率，应该有尽量低的成本，变换器的最佳电路结构是串联开关降压电路。2、LED显示驱动方式LED显示驱动方式可分为静态显示驱动和动态显示驱动。（1）静态显示驱动法是指每一个LED灯分别对应一个独立的I/O驱动口，其点亮和关闭由该驱动口对其控制，互不干扰。静态驱动显示法一般应用在单个ＬＥＤ驱动或者ＬＥＤ数量比较少，并且所选的ＭＣＵ的Ｉ/O驱动口比较充裕的条件下，由于每一个ＬＥＤ均由独立的Ｉ／Ｏ口来控制，因此这种显示驱动软件的设计比较简单。优点：电路设计简单，编程简单，而且ＬＥＤ的亮度控制容易，只需在驱动两端增加相应的电流调节电阻即可方便的实现亮度的调节缺点：由于每个ＬＥＤ需要一个I/O口，因此对I/O口需求量大，不能实现大数量的ＬＥＤ显示要求。（２）动态显示驱动法将不同的ＬＥＤ模块的所有ＬＥＤ驱动端一对一的连接到一起，其公共极分别由不同的I/O口来驱动称为扫描线或者地址线，用这些地址线来选定某一个ＬＥＤ。3.2LED与驱动器的匹配LED作为驱动电路的负载经常需要几十个或者几百个组合在一起构成发光组件，，选用什么样的驱动器，以及ＬＥＤ作为负载选用什么样的连接方式，直接关系到可靠性和寿命。将多个ＬＥＤ连接到一起的时候，正向电压和电流均需要匹配，这样整个组件才能产生一致的亮度。１、ＬＥＤ全部串联的方式优点是通过每个ＬＥＤ的工作电流相等，一般应串入限流电阻Ｒ，要求驱动器输出较高的电压。当ＬＥＤ的一致性差别较大时，虽然分配到不同ＬＥＤ两端的电压不同，但通过每只ＬＥＤ的电流相同，故各ＬＥＤ的亮度一致。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:28-Oct-2010SheetofFile:F:\报警电路.DdbDrawnBy:V-V+当某一只ＬＥＤ品质不良短路的时候，如果采用稳压驱动方式，由于驱动器的输出电压不变，那么分配在剩余的ＬＥＤ两端的电压将升高，驱动输出的电流将增大，容易损坏余下的ＬＥＤ。如果采用恒流方式驱动，这时候由于驱动器输出的电流保持不变，不影响余下的ＬＥＤ正常工作。当一只ＬＥＤ品质不良断路后，串联在一起的ＬＥＤ将全部不亮，解决的办法是在每一只ＬＥＤ两端并联一个齐纳二极管，但是要满足齐纳二极管的导通电压要大于ＬＥＤ的导通电压，否则ＬＥＤ也不亮。2、LED全部并联方式在并联设计中多只LED由具备独立电流的驱动电路来驱动，并联设计基于低驱动电压，因此无需带电感的升压电路。此外并联设计具有低电磁干扰，低噪声和高效率等特点，且容错性强。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:28-Oct-2010SheetofFile:F:\报警电路.DdbDrawnBy:V-V+LED采用全部并联方式时，要求LED驱动器输出较大的电流，负载电压较低，由于分配在所有LED两端的电压相同，当LED的一致性差别较大时，而通过每只LED的电流不一致，LED的电流亮度也不同。LED采用全部并联方式适合于电源电压较低的产品供电场合（比如太阳能或电池供电）。当一只LED因品质不良而断路时，采用稳压LED驱动方式，驱动器的输出电流将减小，但不影响余下的所有的LED工作。如果采用稳流驱动方法，驱动器输出电流没有变化，但是分配在其余LED上的电流将增大，容易损坏所有的LED。解决办法：尽量多的并联LED，使分配在其余LED上的电流不大，不影响其余LED的工作。当一只LED因品质不良短路，所有的LED将不亮，但如果并联LED的数量较多，通过短路的LED的电流较大，足以将短路的LED烧成断路。3、混联方式混联连接方式有两种，一种是先将LED串联，然后再并联。电路性能分析：当一串联支路上有一只LED短路时，该串联电路上的电流增大，容易损坏该支路中的LED。LED断路时，采用稳压式驱动方式，电流减小，不影响余下的LED工作。1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:28-Oct-2010SheetofFile:F:\报警电路.DdbDrawnBy:V-V+另一种连接方式为先并联再串联试分析该电路的性能（1）一只LED短路（2）一只LED断路1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:28-Oct-2010SheetofFile:F:\报警电路.DdbDrawnBy:V+V-第四章LED数码显示器和显示屏4.1LED数码显示器1、LED显示器的结构基本的LED数码管由7个条状发光二极管芯片按照一定的方法排列而成，可以实现数字0-9的显示，其具体结构有反射罩式、条形7段式及单片集成多位数字式等等。（1）反射罩式数码管一般用白色塑料做成带反射腔的七段式外壳，将单个LED贴在与反射罩的七个反射腔互相对位的印刷电路板上，每个反射腔底部的中心位置就是LED芯片。在装反射罩前，用压焊方法在芯片和印刷电路上相应金属条之间连好φ30μm的硅铝丝或金属引线，在反射罩内滴入环氧树脂，再把带有芯片的印刷电路板与反射罩对位粘合，然后固化。（2）条形七段式数码管属于混合封装形式。它是把做好管芯的磷化镓或磷化镓圆片，划成内含一只或数只LED发光条，然后把同样的七条粘在日字形“可伐”框上，用压焊工艺连好内引线，再用环氧树脂包封起来。（3）单片集成式多位数字显示器是在发光材料基片上（大圆片），利用集成电路工艺制作出大量七段数字显示图形，通过划片把合格芯片选出，对位贴在印刷电路板上，用压焊工艺引出引线，再在上面盖上“鱼眼透镜”外壳。它们适用于小型数字仪表中。•（4）符号管、米字管的制作方式与数码管类似。•（5）矩阵管（发光二极管点阵）也可采用类似于单片集成式多位数字显示器工艺方法制作。2、LED数码显示器的分类•（1）按字高分：笔画显示器字高最小有1mm（单片集成式多位数码管字高一般在2～3mm）。其他类型笔画显示器最高可达12.7mm（0.5英寸）甚至达数百mm。•（2）按颜色分有红、橙、黄、绿等数种。•（3）按结构分，有反射罩式、单条七段式及单片集成式。•（4）从各发光段电极连接方式分有共阳极和共阴极两种。共阳极（anode）：发光二极管的所有阳极连在一起，为公共端。共阴极（cathode）：发光二极管的所有阴极连在一起为公共端。3、数码显示器的应用（1）驱动电路如果数码管为共阳极形式，那么它的驱动级应为集电极开路（OC）结构。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:28-Oct-2010SheetofFile:F:\报警电路.DdbDrawnBy:V+如果数码管为共阴极形式，那么它的驱动级应为射极输出或源极输出结构123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:28-Oct-2010SheetofFile:F:\报警电路.DdbDrawnBy:V+（2）驱动方式静态驱动电路•集成电路TC5002内含有射极输出驱动极，所以采用共阴极数码管。动态驱动是指所有的数码管使用一个专门的译码驱动器，使各位数码管逐个轮流受控显示，这就是动态驱动。由于动态扫描速度很快显示效果和静态驱动相同。6位LED动态显示方法单片机系统中常使用LED作为显示器，在需要多位LED显示时，为了简化电路，降低成本，常将所有门的选线并联在一起，由一个8位I/O口控制，实现各部的分时选通。4.2LED图文显示屏1、特点图文显示屏的主要特征是只控制LED点阵的各个发光器件的通断，而不控制LED的发光强弱。LED可以是单色的也可以是双色的。甚至是多色。图文显示屏的外观可以做成长条形，也可以做成矩形的平面图文显示屏。不论显示图形还是文字，都是控制与组成这些图形或文字的各个点所在位置相对应的LED器件发光。通常事先把需要显示的图形文字转换成点阵图形，再按照显示控制的要求以一定的格式形成显示数据。对于只控制通断的图文显示屏来说，每个LED发光器件占据数据中的1位（1bit），在需要该LED器件发光时数据中相应的位填1，否则填0。显示图形的数据文件，其格式相对自由，只要能够满足显示控制的要求即可。文字的点阵格式比较规范，可以采用现行计算机通用的字库字模，例如汉字就有宋体、仿宋体、楷体、黑体等多种可供选择的方案。组成一个字的点阵，其大小也可以有16*16、24*24、32*32、48*48等不同规格。条屏常用于简短明确的信息，例如显示车站、机场的车次、航班信息，或者商厦的欢迎词，或写字楼办公区的简短通知等等。平面显示屏多用来显示比较复杂的信息，如车站显示多列列车的到开时刻、机场显示各航班运行情况以及证券交易所显示股票行情等等。图文显示屏的颜色，有单色、双色和多色几种。最常用的是单色图文屏。单色屏多使用红色或橘红色或橙色LED点阵单元。双色图文屏和多色图文屏，在LED点阵的每一个“点”上布置有两个或多个不同颜色的LED发光器件。换句话说，对应于每种颜色都有自己的显示矩阵。显示的时候，各颜色的显示点阵是分开控制的。2、显示屏的结构组成部分：屏体，计算机，控制器，智能点阵显示单元，电源。（1）屏体主要部分是显示点阵和行列驱动电路。如下图所示，单色和双色的屏。（2）智能点阵显示单元该单元是独立完成显示任务的小系统，或者是整个图文显示屏的某一个局部，可以显示汉字，线条，简单图形，主控用单片机。（3）主控器主控器采用单片机，有扩展的汉字库，带掉电保护的数据存储器，实时日历时钟，两个RS-485通信接口，均嵌入到LED中。（4）计算机将更换的现实内容送到主控器中，4.3LED图像显示屏图像显示屏是具有灰度级显示功能的系统，它所显示的图像画面更逼真，单色图像显示屏就如黑白电视一样，灰度控制是产生单色的有深浅过渡的画面。多色图像显示屏和彩色电视机一样，由于每一种基色的灰度级均可单独控制，因此可以得到从白到黑的各种不同颜色的组合。视频屏又叫同步屏，它接收的是实时传输的视频信号，如电视、ＤＶＤ、录像等，且需对模拟信号进行模数转换。视频屏的显示信号与计算机或其它视频同步一致。实时、同步、清晰地播放各种信息，可显示二维、三维动画、录像、电视、ＶＣＤ节目以及现场实况等。一般情况下一台计算机控制一块显示屏，ＬＥＤ显示屏上的图像与控制机上显示的图像点点对应。视频屏显示画面色彩鲜艳，立体感强，静如绘画作品，动如电影，广泛应用于体育场馆、会展中心、商场、宾馆、医院、银行、建筑市场、拍卖行、展览展示现场及其它公共场所。第五章LED丽得管工程应用6.1LED丽得管可实现的功能LED丽得管是护栏灯系列中最为先进的一个品种，除具有LED护栏管的一切优点外，还