白光LED工作电流的匹配

白光LED应用于LCD背光源或其他照明时，为什么需要以设定电流的方式来驱动它?原因如下。

①采用设定电流的方式可保证白光LED工作在其额定电流的范围内，因此提高了白光LED工作的可靠性。

②可以获得预期的白光LED工作电流的匹配度，使各白光LED的亮度和色度保持一致。

白光LED在20mA电流下，其正向电压介于3.0～4.0V之间，假设仅简单地加上固定的正向电压，那么正向电流的差异可能相当地大，如图1所示为在两个生产厂中各选3只，共6只白光LED的正向电流与正向电压特性，如果采用3.4V的电压驱动这6只LED，因生产厂的不同，将会产生10～44mA的正向电流的差异。

为保证可靠性，驱动白光LED的电流必须低于白光LED的额定值，典型的最大值一般为30mA，但是从图2可以看出：当环境温度升高时所允许的额定电流会降低，如当温度达到50℃时电流需限制在20mA以内。通过对比图1、图2 不难得出这样的结论：采用恒压方式驱动白色LED的方案可靠性较差。另外，用恒定电流驱动白色LED还可以获得亮度和色度的一致性。

图1 6只白光LED的正向电压与正向电流特性

图2 白光LED额定电流随环境温度变化的特性

如图3所示为常见的四种白光LED驱动电路，白光LED正向电压U，的差异会因为所采用的稳压电路不同而对电流的稳定精确度造成不同的影响。

图3 四种常见白光LED的驱动电路

如图3(a)所示电路是采用电压源与限流电阻来控制白光LED的电流的，该电路的优点是可以选用多种电压稳压器，同时只需将稳压器的一端连接到白光LED上，其缺点是由于限流电阻所带来的功率耗损及白光LED的正向电流没有被精确控制，因此效率不佳。图4(a)为采用如图3(a)所示电路驱动6个白光LED的I-U曲线，6个白光LED电流的变化范围为14.2～18.4mA，生产厂A的产品的平均亮度比B厂的产品高大约2mA。

图4 测试6个白光LED的相对稳压精确度

如图3(b)所示电路实现了对LED电流的控制，其中限流电阻是用来控制各LED间电流的匹配的，该电路对同一生产厂同批次的LED匹配精度较高，而对不同生产厂不同批次的LED匹配精度较差。如图4(b)为采用如图3(b)所示电路驱动6个白光LED的I-U曲线，6个白光LED电流的变化范围为15.4～16.9mA。由图4(b)可以看出厂A间的差异最小，同时厂A与厂B的平均电流都大约为17.5mA。如图3(b)所示电路的缺点是在限流电阻上还是有一定的功率消耗，同时白光LED的电流也无法实现高精度的匹配。

如图3(c)所示的电路可以独立控制每个白光LED的电流而不需使用限流电阻，这个电路的电流的稳定精确度与匹配度由每个独立电流控制器的精确度所决定，采用MAX1570变换器可达到2%的电流精确度及0.3%的电流匹配度。图4(c)为采用如图3(c)所示电路驱动6个白光LED的I-U曲线，白光LED电流稳定在了17.5mA，取消限流电阻虽然可以节省电路板空间，但在稳压器与白光LED之间增加了4个连接点。

如图3(d)所示电路则为采用电感器式升压变换器来稳定白光LED电流，其中反馈电压可以将电流检测电阻的功率损耗降到最低。由于白光LED是以串行的方式连接的，因此在任何情况下白光LED电流都能完美地匹配，电流的精确度则由稳压器的反馈电压精确度决定，不受白光LED正向电压变化的影响。采用MAX1848驱动3只白光LED时，效率可达87%;采用MAX1561驱动6个白光LED时，效率可达84%。该电路的优点是：在稳压器与白光LED之间只需两个连接点，同时串行连接的白光LED也不受所采用的升压变换器的影响。