恒流源驱动电路的制作课件

项目三目三 LED屏幕屏幕显示示 项目三 LED屏幕显示项目描述目描述 从从LED的光的光电特性入手分析恒流式特性入手分析恒流式驱动的的优越性，越性，进而禅述恒流源而禅述恒流源电路及其路及其应用；从用；从LED点点阵显示屏的示屏的结构出构出发，分析，分析LED点点阵显示屏示屏显示字符的原理；从示字符的原理；从LED点点阵显示字符示字符实训，LED显示屏的示屏的组装，到装，到LED显示屏的示屏的调试和演和演示操作，使操作技能得到示操作，使操作技能得到进一步提高。一步提高。知知识目目标理解理解LED在在显示示领域的域的应用。用。项目描述 从LED的光电特性入手分析恒流式驱动的优越性任任务一一 恒流式恒流式驱动电路路 技能目技能目标学会学会LED条形屏的条形屏的组装。装。任任务任任务二二 点点阵显示系示系统 任任务三三 点点阵显示系示系统的的组装与装与软件操作件操作 任务一 恒流式驱动电路 技能目标学会LED条形屏的组装。任任任务一一 恒流式驱动电路恒流式驱动电路一、恒流式一、恒流式驱动电路路1LED驱动电源的特点及要求源的特点及要求 首先首先LED不能直接使用常不能直接使用常规的的电网网电压，从从LED的伏安特性可知，只能的伏安特性可知，只能给LED两端两端 加上一定的直流加上一定的直流电压或通上一定的直流或通上一定的直流电流才能使流才能使LED发亮，亮，另外，在另外，在选择和和设计LED驱动电源源时还要考要考虑到以到以下几点要求：下几点要求：（1）高可靠性）高可靠性（2）高效率）高效率（3）高功率因素）高功率因素任务一 恒流式驱动电路一、恒流式驱动电路另外，在选择和设计n（4）驱动方式方式n（5）浪涌保）浪涌保护n（6）保）保护功能功能n（7）防）防护方面方面n（8）驱动电源寿命要与源寿命要与LED寿命相匹寿命相匹配配n（9）要符合安）要符合安规和和电磁兼容磁兼容（4）驱动方式2LED采用恒流源采用恒流源驱动的的优点点n（1）从）从LED的伏安特性分析的伏安特性分析n 若是采用恒若是采用恒压式供式供电，必，必须要求恒要求恒压源有足源有足够高的精度，否高的精度，否则LED工作极其工作极其不不稳定，定，n 甚至会甚至会烧坏坏LED。2LED采用恒流源驱动的优点（1）从LED的伏安特性分析（2）从伏安特性的温度系数分）从伏安特性的温度系数分析析LED的伏安特性并不是固定的，的伏安特性并不是固定的，而是随温度而而是随温度而变化的，所以化的，所以电压定了，定了，电流并不一定是不流并不一定是不变的，的，而是随温度而是随温度变化的。化的。这是因是因为是是LED是一个二极管，它的伏安特是一个二极管，它的伏安特性具有性具有负温度系数的特点。温度系数的特点。（2）从伏安特性的温度系数分析LED的伏安特性并不是固定（3）LED显示屏的示屏的显示效果分析示效果分析 由于由于LED制造工式的差异性，即使是同制造工式的差异性，即使是同厂家同型号的厂家同型号的LED，其正向，其正向压降也存在有降也存在有分分散性，当采用恒散性，当采用恒压驱动多只并多只并联的的LED时，各工作各工作电流也会有所不同，流也会有所不同，导致光学特致光学特性的不一致，因此，最好的性的不一致，因此，最好的办法是恒流控法是恒流控制。制。二、恒流式二、恒流式驱动电路的形式与路的形式与结构构1恒流式恒流式驱动（3）LED显示屏的显示效果分析二、恒流式驱动电路的形式与（a）三极管的）三极管的LED负载曲曲线（b）基极）基极电流控制流控制（c）基极）基极电压控制控制 图3-3 LED作作负载与三极管串与三极管串联（a）三极管的LED负载曲线（b）基极电流控制（c）基极图3-3（a）是）是LED作作为三极管放大三极管放大电路的路的负载曲曲线，如果直接使用三极管基极如果直接使用三极管基极电流控流控制其集制其集电极极电流，如流，如图3-3（b）所示，由于三极管）所示，由于三极管放大倍数的分散性，同放大倍数的分散性，同样的基极的基极电流，会流，会产生不同的集生不同的集电极极电流，因此采用基极流，因此采用基极电压控制方式更控制方式更为合理，如合理，如图3-3（c）所示，即在所示，即在发射极中串射极中串联电阻阻Re，这时有有IcIe(UbUbe)Re图3-3（a）是LED作为三极管放大电路的负载曲线，如果直接2基本恒流源基本恒流源电路路图3-4 基本基本镜像恒流源像恒流源2基本恒流源电路图3-4 基本镜像恒流源 基本基本镜像恒流源像恒流源电路，如路，如图3-4所示。三极管所示。三极管T1、T2参数完全相同，参数完全相同，则有有 12，ICEO1ICEO2，由于两管具有相同的基，由于两管具有相同的基-射极射极间电压（UBE1UBE2)，故故IE1IE2，IC1IC2。当。当较大大时，基极，基极电流流IB可以忽可以忽略，所以略，所以T2的集的集电极极电 流流IC2近似等于基准近似等于基准电流流IREF，即：，即：IC2 IC1IREF(UCCUBE)RUCCR 由上式可以看出，当由上式可以看出，当 R 确定后确定后 IREF 就确定了，就确定了，IC2 也随也随 IREF 而定。我而定。我们可以可以把把 IC2 看作是看作是 IREF 的的镜像，所以称像，所以称为镜像恒流源。像恒流源。基本镜像恒流源电路，如图3-4所示。三极管T1、T2（2）用三极管提供基准）用三极管提供基准电压的恒的恒流源流源图3-5 三极管三极管be电压作基准作基准电压的恒流源的恒流源（2）用三极管提供基准电压的恒流源图3-5 三极管be电压（3）用）用稳压二极管提供基准二极管提供基准电压的恒流源的恒流源图3-6 稳压二极管作基准二极管作基准电压的恒流源的恒流源（3）用稳压二极管提供基准电压的恒流源图3-6 稳压二极管（4）用三端可）用三端可调电压基准集成基准集成电路提供基准路提供基准电压的恒流源的恒流源图3-7 TL431的的图形符号和外形形符号和外形图TL431是一个有良好的是一个有良好的热稳定性能的三端可定性能的三端可调分流基准源。它的分流基准源。它的输出出电压用两个用两个电阻阻就可以任意地就可以任意地设置从置从2.5V到到36V范范围内的任何基准内的任何基准电压值。TL431可等效可等效为一只一只稳压二极管，其基本二极管，其基本连接方法如接方法如图3-8所示。所示。图（a）作）作为2.5V基基准准电压源；源；图（b）作）作为可可调基准基准电压源，源，电阻阻R1和和R2与与输出出电压的关系的关系为UO=2.5(1+R1/R2)V。（4）用三端可调电压基准集成电路提供基准电压的恒流源图3-7（a）2.5V基准源基准源（b）可）可调基准源基准源 图3-8 TL431的基本的基本连接方式接方式 如如图3-9 所示，是所示，是TL431作作2.5V基准基准电压的恒流源，的恒流源，电阻阻R2是是电压取取样电阻。一旦需阻。一旦需要的要的电流大小确定后，流大小确定后，这个阻个阻值就定了，就定了，R22.5I。（a）2.5V基准源（b）可调基准源 图3-8 TL4图3-9 TL431作基准作基准电压的恒流源的恒流源图3-9 TL431作基准电压的恒流源3集成恒流源集成恒流源 目前由于目前由于LED的广泛使用，的广泛使用，对LED驱动电路的功能和品路的功能和品质等各方面均提出了等各方面均提出了较高高 的要求，的要求，现在在许多集成多集成电路（路（IC）产家已生家已生产出各种出各种类型的型的LED驱动IC，以便在，以便在 不同的情况下供不同的情况下供设计人人员选择，LED驱动IC目前市目前市场需需求按求按应用来分基本有四大用来分基本有四大 类：（1）用于消）用于消费性性电子子产品，其品，其应用特点是以用特点是以电池池为能源，能源，一般一般为4.2V8.4V，因此，因此 低低电压、小、小电流的流的LED驱动电源是目前量大面广的源是目前量大面广的产品，消品，消费性性电子子产品的品的LED 驱动电源源拥有比有比较成熟的技成熟的技术、产品和相品和相对成熟的成熟的市市场。3集成恒流源（1）用于消费性电子产品，其应用特点是以电池为（3）用于建筑装）用于建筑装饰照明和家庭照明，主要功能是将交流照明和家庭照明，主要功能是将交流电压转换为恒流恒流电源，并同源，并同 时完成与完成与LED的的电压和和电流的匹配。建筑装流的匹配。建筑装饰照明和家庭照明和家庭照明，照明，则需要将交流需要将交流 （AC）能直接）能直接变换成直流（成直流（DC）恒流源的）恒流源的LED驱动IC，目前目前还不能提供不能提供单个的个的 集成集成电路路产品，大多数是模品，大多数是模块化化电路。路。（2）用于汽）用于汽车照明照明产品，因其品，因其电源源稳压器来自汽器来自汽车蓄蓄电池，一般是池，一般是48V，所以需要，所以需要 较高高电压降降压的的LED驱动IC。汽。汽车照明照明产品使用品使用LED的数量的数量较多，多，LED多采用多采用 串、并串、并联连接，需要接，需要较高的高的电压，对于取自于取自48V汽汽车蓄蓄电池的池的电源来源来说是十分是十分 方便的。方便的。（3）用于建筑装饰照明和家庭照明，主要功能是将交流电压转换为（4）用于）用于LED屏幕屏幕显示，示，LED显示屏示屏驱动IC可分可分为通用通用IC和和专用用IC两种。两种。三、集成恒流源三、集成恒流源电路的路的应用用1低低电压类IC低低电压类IC是指其是指其输入入电压低，一般不超低，一般不超过DC15V，主要在以，主要在以电池池为电源的便携式源的便携式产品中品中使用。可使用。可实现低低电压类驱动的的IC型号型号较多，几多，几乎大多数的乎大多数的IC生生产公司均有相似的公司均有相似的产品。每个品。每个型号的型号的LED驱动IC既有共同点，又有各自的特既有共同点，又有各自的特点。如有的具有可点。如有的具有可调光功能，光功能，（4）用于LED屏幕显示，LED显示屏驱动IC可分为通用IC（1）LM3590为小功率白色小功率白色LED简单驱动IC，如，如图3-10所示是所示是它的外形它的外形图，输入入 电压6V12V；输出出电流流20mA；降；降压型；型；SOT235贴片封装。片封装。图3-10 LM3590外形外形图（1）LM3590为小功率白色LED简单驱动IC，如图3-LM3590的引脚功能：的引脚功能：1可可编程程电流流输入端，入端，编程程电阻阻RSET=100（125IOUT）；）；2地；地；3恒流恒流输出端；出端；4电压输入端，入端，输入入电压范范围6V12V；5使能端。使能端。EN为低低电平平时，无，无输出；出；EN为高高电平平时，有，有输出。出。LM3590的典型的典型应用用电路，如路，如图3-11所示。所示。图3-11 LM3590的典型的典型应用用电路路LM3590的引脚功能：1可编程电流输入端，编程电阻LM3（2）MAX1561为高效率升高效率升压型型变换器，它器，它们能能够以恒定以恒定电流、流、87的效率的效率驱动 多达多达6个白光个白光LED，可，可为便携式便携式电子子设备提供背光照明。提供背光照明。其升其升压转换结构允构允 许白光白光LED串串联连接，使每个接，使每个LED保持相同的保持相同的电流，以流，以获得均匀的亮度，不得均匀的亮度，不 需要限流需要限流电阻。阻。图3-12 MAX1561的典型的典型应用用电路路（2）MAX1561为高效率升压型变换器，它们能够以恒定电流2中中电压类IC中中电压类IC是指其是指其输入入电压一般在几伏至几十伏之一般在几伏至几十伏之间，该类IC主要可用于以蓄主要可用于以蓄电池池为输入入电压源，以汽源，以汽车的的LED灯灯饰产品品为主，如用于汽主，如用于汽车阅读灯、刹灯、刹车灯、灯、转向灯等。向灯等。AMC7150的典型的典型应用用电路，如路，如图3-13所示。所示。图3-13 AMC7150的典型的典型应用用电路路2中电压类ICAMC7150的典型应用电路，如图3-13所3高高电压类IC高高电压类IC是指其是指其输入入电压一般可达到几百伏，它的一般可达到几百伏，它的输入端能承受由市入端能承受由市电直接直接整流得到的全部直流整流得到的全部直流电压，而不需要降，而不需要降压。这类IC主要用于以市主要用于以市电为电源源的各的各种照明中，如种照明中，如户外景外景观灯、灯、LED路灯、路灯、LED日光灯、日光灯、LED射灯、射灯、LED台灯台灯等。等。HV9910的典型的典型应用用电路，如路，如图3-14所示。所示。图3-13 AMC7150的典型的典型应用用电路路3高电压类ICHV9910的典型应用电路，如图3-14所示四、四、LM317恒流源恒流源电路的分析和指路的分析和指导1LM317集成集成电路介路介绍LM317是三端可是三端可调稳压集成集成电路，路，输出出电压范范围是是1.2V 至至37V，负载电流最流最大大为1.5A。它的使用非常。它的使用非常简单，仅需两个外接需两个外接电阻来阻来设置置输出出电压。此外它的。此外它的线性性调整率和整率和负载调整率也比整率也比标准的固定准的固定稳压器好。器好。LM317 内置有内置有过载保保护、安全、安全区保区保护等多种保等多种保护电路。路。图3-15 LM317外形外形图和和图形符号形符号四、LM317恒流源电路的分析和指导图3-15 LM3172用用LM317构建恒流源构建恒流源电路路图3-16 LM317的恒流源的恒流源电路路2用LM317构建恒流源电路图3-16 LM317的恒流 LM317工作工作时，LM317建立并保持建立并保持输出端与出端与调节端之端之间125V的的标称参考称参考 电压(Vref)，利用，利用这一特点可以构建一个一特点可以构建一个简单的恒流源的恒流源电路，如路，如图3-16所示。所示。从从图可以看出，流可以看出，流过负载RL的的电流流IO为：IOI1I2。而而I2U21R1，因，因U21之之间的的电压为1.25V且固定不且固定不变，若保持，若保持R1不不变，则I2 也就不也就不变，又因，又因I1相相对于于IO而言很小，所以而言很小，所以IOI2能保持不能保持不变，即，即输出出电流恒定。流恒定。3LM317构成恒流源构成恒流源驱动LED图3-17 由由LM317构成构成LED恒流恒流驱动电路路 LM317工作时，LM317建立并保持输出端与调 LED选用普通白光型，其工作用普通白光型，其工作电压为3.03.5V，工作，工作电流流为 15mA20mA，电源源输入入电压为12V，因本，因本电路是降路是降压型，型，故故UO必必须小于小于Ui，因此采用，因此采用3只只LED 串串联组成一条成一条支路，共用支路，共用12只只LED组成四条支路。成四条支路。复复习思考思考题1LED驱动电源的特点是什么？源的特点是什么？2用恒流源用恒流源驱动LED，是不是，是不是说LED可以无限制的串可以无限制的串联或并或并联使用？使用？3LED驱动IC按按应用来分有几用来分有几类？主要用于哪些？主要用于哪些场合合？4.低低压类、中、中压类和高和高压类的的驱动IC有什么主要的区有什么主要的区别？LED选用普通白光型，其工作电压为3.03.5V，技能技能训练一一恒流源恒流源驱动电路的制作和安装路的制作和安装 1.实训目的目的（1）进一步了解一步了解LM317组成的恒流源成的恒流源驱动LED电路工作原理；路工作原理；（2）学）学习用用LM317组建恒流源建恒流源电路的方法和路的方法和实际电路的路的连接；接；（3）学）学习LED驱动电源性能的源性能的测试方法。方法。2.实训器材器材按表按表3-1恒流源恒流源驱动电路的制作和安装路的制作和安装实训器材准器材准备。表表3-1 恒流源恒流源驱动电路的制作和安装路的制作和安装实训器材器材技能训练一恒流源驱动电路的制作和安装 1.实训目的2.实训器序号序号名称名称型号与规格型号与规格数数 量量1 1三端可调稳压器集成电三端可调稳压器集成电路路LM317LM3171 12 2电阻电阻1818，14W1 13 3LEDLED普通白光普通白光12124 4万能板万能板单面板单面板1 15 5可调直流电源可调直流电源0 024V24V1 16 6数字万用表数字万用表自定自定1 17 7电烙铁电烙铁35W35W（或自定）（或自定）1 1序号名称型号与规格数 量1三端可调稳压器集成电路LM33.实训内容与步内容与步骤按按图3-17所示，制作和安装恒流源所示，制作和安装恒流源驱动电路的步路的步骤如下。如下。（1）用万用表）用万用表检测各元器件，确各元器件，确认各元器件的引脚和各元器件的引脚和极性。极性。（2）按装配）按装配图，安装元器件。，安装元器件。（3）焊接元器件；接元器件；焊接元器件接元器件间的的连接接线。（4）检查电路无路无误后，后，焊上断口上断口K1和和K2，接通，接通电源源（DC12V），），LED点亮。点亮。4LM317恒流源恒流源驱动LED电路的路的测试与分析与分析（1）电路的路的稳流性能流性能测试输入入电压从从8V逐逐渐增加到增加到15V，测量量电路的路的输出出电流，并流，并观察察LED的亮度的亮度变化情况。化情况。测量数据填入表量数据填入表3-2中。中。表表3-2 电路的路的稳流性能流性能测试3.实训内容与步骤4LM317恒流源驱动LED电路的测试与序号序号输入电压（输入电压（V V）输出电流（输出电流（mAmA）LEDLED亮否亮否1 18 82 29 93 310104 411115 512126 613137 714148 81515序号输入电压（V）输出电流（mA）LED亮否18293104（2）电路的效率路的效率测试 电路的路的输入入电压保持保持12V，分，分别测量下列三量下列三种情况种情况时电路的路的输入入电压和和电流，流，输出出电压和和电流，并流，并计算算电路的效率，路的效率，结果填入表果填入表3-3中。中。当每支路的当每支路的LED为三只串三只串联时，保持原，保持原电路路不不变；当每支路的当每支路的LED为二只串二只串联时，将，将电路中的路中的AO、BO、CO和和DO短接；短接；当每支路的当每支路的LED为一只串一只串联时，将，将电路中的路中的EO、FO、GO和和HO短接。短接。（2）电路的效率测试LEDLED串数量串数量输入电压输入电压（V V）输入电流输入电流（mAmA）输出电压输出电压（V V）输出电流输出电流（mAmA）效率效率3 32 21 1表表3-3 电路的效率路的效率测试LED串数量输入电压（V）输入电流（mA）输出电压（V）输出5.问题讨论（1）从）从电路的路的稳流性能流性能测试中分析，当中分析，当电源源电压变化化时，电路能否路能否稳流？流？电源源电压的的变化是否化是否有一定的范有一定的范围？（2）从）从电路的效率路的效率测试中分析，哪一种情况中分析，哪一种情况电路的效率路的效率 最高？最高？为什么？什么？（3）在）在图3-17的的电路中，若路中，若LED串的并串的并联数再数再增加，增加，电路能否正常工作？路能否正常工作？电路中的哪些元件及路中的哪些元件及参数要做何参数要做何调整？整？5.问题讨论