LED燈驅動(dòng)電源電路圖

根據驅動(dòng)電路的輸出特性，白光LED閃光燈的驅動(dòng)電路可分為恒壓型和恒流型；按電路工作原理，可以分為電感升壓電路和電荷泵電路。白光LED是電流驅動(dòng)型器件，其亮度與電流成比例關(guān)系。在恒壓型驅動(dòng)電路中，往往有一個(gè)電阻與白光LED串聯(lián)，用來(lái)設置產(chǎn)生預期白光LED正向電流所需的電壓。這種方式有一個(gè)缺點(diǎn)，即白光LED正向電壓的任何變化都會(huì )導致白光LED電流的變化，從而無(wú)法保證流過(guò)白光LED的電流等于預設置值，也就無(wú)法確保白光LED的亮度恒定。而在恒流型驅動(dòng)電路中，是通過(guò)檢測串聯(lián)在白光LED回路電阻的電壓來(lái)保證流過(guò)白光LED的電流恒定的。這種方式可以消除由正向電壓變化而產(chǎn)生的電流變化，因此白光LED可產(chǎn)生相對恒定的亮度。

由于移動(dòng)電話(huà)的鋰離子電池的工作電壓范圍一般為3.*.2V，而白光LED的正向電壓一般為3～4V，且白光LED閃光燈一般為多個(gè)白光LED串、并聯(lián)在一起，以提供閃光功能所需的光通量，所以在低電壓輸入、高電壓輸出的時(shí)候，必須采用升壓電路將電壓升高以驅動(dòng)白光LED。驅動(dòng)白光LED閃光燈時(shí)一般采用兩種方式升壓，一種是采用以電感為儲能元件的升壓式變換器，另一種是采用以電容為儲能元件的電荷泵。采用以電感為儲能元件的升壓變換器的優(yōu)點(diǎn)是效率相對較高。

現在的白光LED閃光燈驅動(dòng)控制器都集成了控制電路和升壓開(kāi)關(guān)管，但是電感和用于續流的肖特基二極管還是外接的，這增加了電路的復雜性、成本和PCB面積。此外，由于閃光燈驅功電路、LED閃光燈顯示屏、移動(dòng)電話(huà)的天線(xiàn)一般位于移動(dòng)電話(huà)上端，與移動(dòng)電話(huà)的射頻電路靠得很近，所以有效防止驅動(dòng)電路電感的EMI干擾也是很重要的問(wèn)題。圖1是采用電感升壓變換器驅動(dòng)標準白光LED的典型應用電路。電荷泵采用電容作儲能元件，且不需要外接電感，因此不存在電磁干擾的問(wèn)題。此外，整個(gè)解決方案所占PCB的面積也較小，但相對來(lái)說(shuō)效率較低。由于閃光燈工作時(shí)間非常短，持續時(shí)間一般為100～300ms，所以其效率對電池使用時(shí)間的影響不是太大。圖2是采用電荷泵驅動(dòng)標準白光LED的應用電路。

圖1 采用電感升壓變換器驅動(dòng)標準白光LED

圖2 采用電荷泵驅動(dòng)標準白光LED的應用電路

在白光LED驅動(dòng)電路的設計中，有兩個(gè)參數會(huì )影響設計方案的選擇，一個(gè)是白光LED正向電壓，另一個(gè)是電源的工作電壓。電感式升壓變換器通常用于驅動(dòng)串聯(lián)的白光LED，它能夠產(chǎn)生充是的輸出電壓，以提供可被編程的驅動(dòng)白光LED電流。采用這種驅動(dòng)方法時(shí)，因為無(wú)論正向電壓高低，所有的白光LED都能獲得相同的電流，又因為白光LED的亮度與流經(jīng)白光LED的正向電流成正比，所以白光LED陣列的亮度非常均衡、和諧。

電荷泵可以產(chǎn)生值為輸入電壓整數倍的輸出電壓。若要提高其擴大倍數，需增加泵電容和開(kāi)關(guān)電路，因此電荷泵的實(shí)際輸出電壓被限制為了2倍的輸入電壓。雖然有些電荷泵能夠提供分數倍輸出電壓（1.5倍），但是需要2個(gè)泵電容。

因為2倍壓是最方便的升壓倍數，考慮到白光LED典型的正向電壓，則電荷泵方法主要用于驅動(dòng)并聯(lián)的白光LED。因為每個(gè)并聯(lián)支路的白光LED必須獨立控制，這必然會(huì )導致白光LED陣列之間出現輕微的亮度失諧，這種亮度失諧現象在電荷泵驅動(dòng)方法中是不可避免的。

與整數倍壓電荷泵驅動(dòng)方法相比，電感升壓變換器的效率更高。改用分數倍壓電荷泵雖然可以提高性能，但是其遠不如電感升壓變換器設計方案。因為在電感升壓變換器設計中，白光LED是串聯(lián)的，所以升壓控制器與白光LED之間只需兩條PCB走線(xiàn)。這在設計上是一個(gè)很重要的優(yōu)勢，例如，如果白光LED的數量發(fā)生了變化，或者單獨安裝在一個(gè)相機閃光模塊上，則電感升壓變換器的設計很容易適應這種變化，而采用電荷泵方案的PCB必須完全重新設計。

雖然電感升壓變換器設計的引腳數量少，且允許使用比電荷泵設計更小的封裝，但是電感升壓變換器需要電感器，這會(huì )導致占PCB的總體面積變大、變厚。另外，與電荷泵設計中的泵電容對比，其外接電感器成本昂貴。另外，電感升壓變換器的噪聲通常比電荷泵高，因此為了限制或避免不同組件之間的干擾，需要更精確的設計。

LED驅動(dòng)電源電路圖分析

原理分析：為了方便分析，我把它分成幾個(gè)部分來(lái)講，盡量分的細一點(diǎn)來(lái)講，如下：

1：輸入過(guò)壓保護---主要是雷擊或者市沖擊帶來(lái)的浪涌）

2：整流濾波電路---將交流（或者是直流）變成直流的過(guò)程

3：箝位電路---------主要是吸收變壓器工作時(shí)產(chǎn)生的尖峰和反向電動(dòng)勢

4：IC工作過(guò)程--------主要是IC的供電原理，變壓器的工作方式，電壓變換過(guò)程。

5：輸出整流---------將交流再次變成平滑理想的直流電壓過(guò)程

6：恒流原理---------電路中穩定輸出電流控制過(guò)程分析

1、 輸入過(guò)壓保護電路

首先電壓從“+48V、GNG”兩端進(jìn)來(lái)通過(guò)一個(gè)R1的電阻（這個(gè)電阻的作用就是限流，當后面的線(xiàn)路出現短路時(shí)，R1流過(guò)的電流就會(huì )增大，隨之兩端壓降跟著(zhù)增大，當超過(guò)1W時(shí)就會(huì )自動(dòng)斷開(kāi)，阻值增加至無(wú)窮大，從而達到保護輸入電路+48V不受到負載的影響）限流后進(jìn)入整流橋，另一方面R1與旁邊的MOV1構成了一個(gè)簡(jiǎn)單過(guò)壓保護電路，MOV1是一個(gè)壓敏元件，是利用具有非線(xiàn)性的半導體材料制作的而成，其伏安特性與穩壓二極管差不多，正常情況顯高阻抗狀態(tài)，流過(guò)的電流很少，當電壓高到一定的時(shí)候（這里主要是指尖峰浪涌，如打雷的時(shí)候高脈沖串通過(guò)市電串入進(jìn)來(lái)），壓敏MOV1會(huì )顯現短路狀態(tài)，直接截取整個(gè)輸入總電流，使后面的電路停止工作，這時(shí)候，由于所有電流將流過(guò)R1和MOV1，因R1只有1W的功率，所以瞬間可以開(kāi)路，從而保護了整個(gè)電路不被損壞。

2、 整流濾波電路

當+48V電壓進(jìn)入整流橋D1時(shí)，輸出一個(gè)上正下負的直流電壓（這里我要說(shuō)明一下，如果+48V是交流的那么直接整流，如果+48V電源本身也是直流的，那整流橋的作用就是對輸入起到的是極性保護作用，無(wú)論輸入是上正下負還是上負下正都不會(huì )損壞驅動(dòng)電源）通過(guò)C1\C2\L1進(jìn)行濾波，這是一個(gè)LC Π型濾波電路，目的是將整流后的電壓波形平滑的直流電。

3、 箝位吸收電路

這個(gè)箝路電路存在的理由其實(shí)就是保護IC里面的MOS管，其過(guò)程為－－整流濾波以后的電壓分成2路，一路通過(guò)變壓器繞組后進(jìn)入IC TK5401的第7、8腳，這個(gè)我們等下在后面來(lái)講，先看箝位這一路，這路是通過(guò)R1、C3、D2然后也連到7、8腳，這個(gè)R1、C3、D2就組成了一個(gè)簡(jiǎn)單的箝位電路，主要功能就是用來(lái)吸收尖峰和浪涌的，這和剛才輸入那個(gè)MOV1是不一樣的，MOV1主要是防止打雷或者市電沖擊起到保護作用，這個(gè)箝位它的功能是吸收變壓器T1繞組兩端的反向電動(dòng)勢，以消除自激振蕩，說(shuō)白了就是快速復位的意思，為變壓器進(jìn)入下一個(gè)周期做好準備，因為如果變壓器得不到復位就會(huì )飽和，這樣就會(huì )失去感抗，這個(gè)R1和C3就組成了一個(gè)RC充放電回路，用來(lái)反向積累的電動(dòng)勢，D2主要是隔離作用，就在變壓器在正半周的時(shí)候（就是感應電動(dòng)勢為上正下負時(shí)）使整過(guò)環(huán)路處于斷開(kāi)狀態(tài)，而等變壓器進(jìn)入負半周時(shí)，給箝位電路提供通路，快速將電動(dòng)勢環(huán)路處于斷開(kāi)狀態(tài)，而等變壓器進(jìn)入負半周時(shí)，給箝位電路提供通路，快速將電動(dòng)勢釋放，從而達到保護IC里頭的MOS管不被尖峰擊穿而損壞。

4、 IC工作原理

這里面的變壓器，根據它的同名端判斷為反激式工作方式，就是變壓器的初級和次級的相位是相反的，在同一時(shí)間，兩者相關(guān)180度，目前也有正激式的，那就是同頻同相，這個(gè)將來(lái)有機會(huì )了我再和大家具體分享；我們還是回到這個(gè)IC問(wèn)題上面來(lái)，這個(gè)IC有8個(gè)腳，這里我邊講邊介紹它引腳的功能，我們接著(zhù)剛剛那個(gè)說(shuō)的那個(gè)整流濾波后通過(guò)變壓器繞組然后進(jìn)到IC的7、8腳，這個(gè)7、8腳就是IC里面MOS管的“D極”也叫漏極（相當于以前NPN三極管或者開(kāi)關(guān)管的集電極），另外接地的是“S極”也叫源極，整過(guò)電源電壓的變換都由D極”和S極兩個(gè)引腳的接通和斷開(kāi)來(lái)實(shí)現，就是它們工作時(shí)會(huì )一直處在接通和不接通狀態(tài)，反復的接通和斷開(kāi)使變壓器實(shí)現在電－－磁－電的變換，至于它是怎么進(jìn)行接通和不接通的？這個(gè)頻率又是多少？

開(kāi)始進(jìn)行工作信號分析

A第一次變換的建立：就是第一個(gè)波形是怎么來(lái)的，當IC的7、8上電以后，電壓另一方面通過(guò)IC的7、8腳連通的內部啟動(dòng)電路給IC供電，使用IC開(kāi)始工作，此時(shí)IC將輸出第1個(gè)方波脈沖傳遞給IC內部MOS管的“G極”也叫柵極，使D極和S極接通，這時(shí)D極和S級等電位，而S極又是接地的，也就等于把變壓器的一端瞬間接地，從而產(chǎn)生回路，我們都知道變壓器是感性元件，就是電流不能突變，所以它自身會(huì )產(chǎn)生感抗來(lái)阻止電流突變。從而按照線(xiàn)性的曲線(xiàn)進(jìn)行變化，就像這個(gè)波形一樣，它是慢慢上升，為了能夠阻止它突然，它會(huì )產(chǎn)生一個(gè)與它相反的感應電壓勢來(lái)抑制它，這樣一來(lái)，下面的繞組和次組繞組就會(huì )跟著(zhù)產(chǎn)生電動(dòng)勢，從而產(chǎn)生電壓，電—磁—電轉換的機理也在于此，當然這是變壓器和磁性材料本身具有的特性。

B第二次變換的建立：當變壓器下面的繞組產(chǎn)生電動(dòng)勢以后（我們通常把它叫著(zhù)正反饋供電繞組），通過(guò)D3整流，R3限流，再經(jīng)C4濾波后分成二路進(jìn)行供電，一路給IC的第2腳供電，另一路給光電耦合器件M10B供電，這個(gè)光耦我們講穩壓的時(shí)候再講，當第2腳開(kāi) 始供電時(shí)，IC內部的整個(gè)PWM供電控制系統將自動(dòng)轉到由正反饋繞組供電，使內部振蕩電路繼續工作，從而輸出第2個(gè)脈沖控制信息，使MOS管開(kāi)次開(kāi)通，如此周而復始的使用MOS不斷的處理開(kāi)和關(guān)狀態(tài)進(jìn)而讓變壓器工作在電－磁－電的轉換狀態(tài)。這里我提到了PWM供電控制系統和內部振蕩電路，可能讓大家有覺(jué)得有些含糊，我會(huì )把它們單獨抽出來(lái)最好是用分立元件來(lái)描述它們的信號流程和工作原理，這樣可能就形象，通俗易懂一些，那時(shí)候再融入到這個(gè)電路里面來(lái)理解可能就不會(huì )抽象了，現在的電路都是集成電路了，內部的信息流程就不太好形象化，讓我們只知道它的功能，不知道它的進(jìn)程，這樣總是不能夠加深對它的理解，我個(gè)認為最好是用分立元件來(lái)分析它。

5、輸出整流電路

變壓器工作以后，次級就會(huì )輸出一個(gè)電壓通過(guò)D4整流，C8和L1進(jìn)行濾波，然后給LED燈進(jìn)行供電，這里的L1除了能夠濾波，還有續流的作用，就是保持輸出電流的一致性，正是利用電感中的電流不能突然這一特性。

6、恒流電路

它的工作過(guò)程，最后講一下這是怎么實(shí)現恒流的，順便先講了一下這個(gè)IC的每個(gè)引腳功能，8腳為MOS輸入端，6腳是空腳，5腳外接的電容是振蕩電容，它的容量直接決定了RC時(shí)間常數，就是充放電時(shí)間，一般充電MOS管是接通時(shí)間，放電是斷開(kāi)時(shí)間，第4腳是電壓檢測腳，通過(guò)對第4腳的電壓值控制輸出脈沖的占空比，把引腳說(shuō)完了就重點(diǎn)講第4腳；第3腳接地端，第2腳是IC供電腳，第1腳外接的電阻和第5腳的電容組成了RC電路，給IC內部提供振蕩源，脈沖的充放電時(shí)間常直接由這個(gè)電阻和電容決定。我們現在來(lái)重點(diǎn)講第4腳，大家看4腳外接的光耦M101B接到那里去了？另一端PC817是不是和輸出電路R4兩端相并聯(lián)了，這個(gè)R7在這里是起到檢測電流的作用，根據電壓＝電流*電阻的原理，這個(gè)電流越大，R4兩端的電壓就會(huì )越大，這樣說(shuō)大家應該明白吧？電壓越大，那么并連到R4兩端的PC817也會(huì )有電壓并且開(kāi)始導通，導通后副邊的M101B也會(huì )跟著(zhù)導通，就是它內阻下降，這樣一來(lái)第4腳的電壓就會(huì )上升，上升以后與IC里面的基礎電壓相對比，然后會(huì )直接輸出一個(gè)信號使MOS管提成關(guān)斷，從而達到恒流目的。

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