如何实现LED驱动电路的设计？

1544 单片机

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 LED发光的根本原理是什么？ LED具有哪些性能参数？如何实现LED驱动电路的设计？ 0
2022-1-17 06:08:49　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 20 个回答。邀请回答新星之火12138 该类别下有 18 个回答。邀请回答 wang21cj 该类别下有 17 个回答。邀请回答 hgimtk 该类别下有 16 个回答。邀请回答科源机电该类别下有 15 个回答。邀请回答 liutiefu 该类别下有 15 个回答。邀请回答 kghfh 该类别下有 14 个回答。邀请回答 dgfdf 该类别下有 13 个回答。邀请回答 723662364d 该类别下有 13 个回答。邀请回答一巷清苑该类别下有 13 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hjhdf 该类别下有 12 个回答。邀请回答 efwedfd 该类别下有 12 个回答。邀请回答小华同学该类别下有 12 个回答。邀请回答 jsqueh 该类别下有 12 个回答。邀请回答红旧衫该类别下有 12 个回答。邀请回答早知该类别下有 12 个回答。邀请回答 Ehunt 该类别下有 12 个回答。邀请回答张峰9998 该类别下有 12 个回答。邀请回答 hy381 该类别下有 12 个回答。邀请回答举报王飞相关推荐 • 怎么实现基于新型白光LED模组驱动电路的设计？ 1859 • 户外led电源的驱动电路 5391 • LED驱动电路看完你就懂了 1917 • 光纤LED驱动电路的设计原理是什么？ 1920 • LED驱动电路如何实现恒流或接近恒流的设计 4843 • 请问下LED驱动电源电路和LED驱动电路是相同的吗，LED驱动IC又用在那里，好混乱呀 3718 • MAX16834怎么驱动LED电路？ 1397 • 为电池供电应用驱动 LED 的 3 种窄 Vin 电路 1767 • 如何利用驱动芯片实现高画质的LED显示屏？ 1652 • 选择白光LED驱动电路是要考虑哪些指标？ 1200 1个回答

   LED（Light Emitting Diode）即发光二极管，是一种能够将电能转化为光能的半导体。常用于电路设计（组成文字或者数字）及仪器中的状态指示，也常常用作照明光源。

（1）发光原理：LED发光的根本原理是电子的能级跃迁!
      一个原子中的电子有很多能级，当电子从高能级向低能级跳变时，电子的能量就减少了，而减少的能量则转变成光子发射出去。把多余的能量以光的形式释放出来，进而实现把电能直接转换为光能。
      LED并不是通过原子内部的电子跃变来发光的，而是通过将电压加在LED的PN结两端，使PN结本身形成一个能级(实际上，是一系列的能级)，然后电子在这些能级上跃变并产生光子来发光。并且光的强弱与电流有关。
   当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。电子和空穴复合时释放出的能量不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。
   2.性能参数
  LED的参数包含极限参数和光电参数。

极限参数	参数名称 Parameter	定义
最大正向电流 Forward Current	允许加的最大的正向直流电流，超过此值，LED可能被损坏
最大反向电压 Reverse Voltage	允许加的最大反向电压，超过此电压，发光二极管可能被击穿损坏
工作温度 Operating Temperature	可正常工作的温度范围，低于或高于此温度范围，LED将不能正常工作，效率大大降低。
允许功耗 Power Dissipation	允许加于LED两端正向直流电压与流过它的电流之积的最大值

光电参数	参数名称 Parameter	定义
正向电压 Forward Voltage	给定正向电流下所测试到的压降（一般是在IF=20mA条件下测试）
V-I特性	发光二极管电压与电流的关系。在正向电压小于某一值时（阈值），电流极小，不发光；当电压超过某一值时，正向电流随电压迅速增加，发光。由该曲线，可得到LED正向电压，反向电流及反向电压等参数。
光强 Luminous Intensity	发光强度是指法线方向的发光强度

3. LED驱动电流与正向电压

类别	规格	正向电压	额定电流
直插超亮	黄色发光二极管	1.8-2.0V	20mA
红色发光二极管	2.0-2.2V	20mA
绿色发光二极管	2.0-2.4V	20mA
蓝色发光二极管	3.0-3.4V	20mA
白色发光二极管	3.0-3.4V	20mA
贴片	红色LED	1.82-1.88V	5-8mA
绿色LED	1.75-1.82V	3-5mA
橙色LED	1.7-1.8V	3-5mA
蓝色LED	3.1-3.3V	8-10mA
白色LED	3-3.2V	10-15mA
注:此为常规参考数据，实际以不同型号LED技术手册为准。

LED限流电阻计算方法：
限流电阻=（供电电压-正向电压）/正向电流，即R=(VCC-VF)/IF
例：红色直插LED的正向电压为2.0V,正向电流为20mA，电源电压为5V.
则 R=(5-2.0)/0.02=150Ω
P=I2/R=0.2*0.2*150=0.06 W< 0.25W (0805封装电阻功率)
所以采用150Ω/0805 电阻即可。
4. LED驱动电路设计
对于LED的驱动主要有两种方式。恒压驱动与恒流驱动，这里主要介绍恒压驱动的方式。

简单应用

如上图所示，展示了LED的四种控制方式。
A:  常常用于电源指示灯。当电路有电压输出时，LED被点亮；反之，LED则处于灭的状态。此时不要求LED发光强度与亮度，       驱动电流在5-10mA即可。

B:  当IO为高时，LED熄灭；当IO信号为低时，LED点亮。IO信号常常由单片机提供。采用此电路，可以判断板卡是否已下载程          序以及程序执行的状态。可以快速分析板卡的故障。
   在采用该设计时，应充分考虑单片机引脚的驱动能力以及最大灌电流，防止烧坏单片机芯片。
C/D: C和D中所示控制方式基本类似，均是利用脉冲信号控制LED的动作。所区别是：C中，脉冲低有效；D中，脉冲高有效。若       要调节灯光的亮度，可以通过改变脉冲的占空比进行控制。
   同时通过该方式控制，也有以下两个优点：

灯光亮度随时方便可调
由于采用PWM调光的方式，LED并非一直处于导通状态，延长LED了使用寿命。

   以上几种控制方式适用于一般LED,对于一些特殊场合所使用发光二极管，亮度要求很高，其驱动电流可能达到100mA,更有甚者，驱动电流可能更大。在这种情况下，常规的方案已不能满足要求，必须采用其他的方案。如下图所示：

      当IO信号为高时，三极管基极有驱动电流，三极管导通，LED被点亮。当IO信号为低时，三极管处于截至状态，LED处于熄灭状态。其中R12为限流电阻。
采用此方案，最大可驱动800mA的电流，完全满足设计需要。
2. 进阶控制
      当IO控制引脚不足时，可以采用其它芯片用于扩展LED控制通道。如下图所示：

   74HC595是一个8位串行输入、并行输出的位移缓存器。并行输出为三态输出。
   在SCK 的上升沿，串行数据由SDL输入到内部的8位位移缓存器，而并行输出则是在LCK的上升沿将在8位位移缓存器的数据存入到8位并行输出缓存器。当串行数据输入端OE的控制信号为低使能时，并行输出端的输出值等于并行输出缓存器所存储的值。
   在上图所示电路中，LED为共阳极，可以采用3个控制端进而控制8个LED,节约了电路设计当中的引脚。如果存在更多的LED,也可以采用多片74HC595进行级联控制。
   当LED共阴极时，且LED为高亮LED时，74HC595驱动能力可能不足，所以需要采用驱动芯片进行LED的驱动。常用的驱动芯片有ULN2003/ULN2803等。如下图所示：

数码管内部也是由LED构成的“8”字，其分为共阴极或共阳极。也可以采用该电路进行控制。
3.  难度模式
为了充分利用IO信号，还可以将LED排布成矩阵方式，然后控制各行各列的信号进而控制每个LED的亮灭。

注：电路很简单，可自行分析。
4. 扩展模式
   对于有更多LED控制的需求，可采用专门LED控制芯片，如下图所示：
         采用IS31FL3737芯片最大可控制144个LED。而芯片控制段采用IIC信号，对于单片机只需要SCL,SDA两个信号。
对于该电路可自行查阅数据手册，里边有详细的参数介绍。

   写在最后，LED控制电路还有很多的形式，在电路设计中可以灵活进行选用和设计。另外还有很多恒流驱动电路：例如，采用运放自己搭建恒流源电路，或者使用专门的LED恒流驱动芯片（XL4501）。