LED驱动电子电路设计图集锦TOP11 —电路图天天读（5） 电子电路, 电路图, 设计图

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TOP5 采用LM836(＄0.2387)的LED数码管驱动电路原理分析
　　如下图所示为数码显示日历时钟电路。它能同时显示月、日、时、分、秒和星期，月、日、星期自动转换，每天可定闹2次，有59min以内的睡眠定时功能。该日历时钟走时准确，调校方便，夜间看时清楚，制作容易。

　　

　　工作原理：
　　该电路的核心IC1是一片PMOS大规模集成电路LM8364(＄0.2387)。4脚为12/24小时制选择端，高电平为24小时制。6脚悬空时应从7脚输入60Hz时基信号，接高电平时应从7脚输入50Hz时基信号。5、8、9、10、11、12、14、16、18脚分别接高电平时，可实现其相应的功能。当闹或睡眠定时信号到来时，17脚、42脚或15脚输出的是可持续59min的高电平信号，控制VT4，再由VT4控制蜂鸣器。当然VT4也可控制其他电路（如继电器，收音机）。2、3、20～41脚可直接驱动LED数码管作显示。这些引脚除了能输出“时分”信号外，还能输出“月日”和“秒”信号，这些引脚是公用的。把 5脚和10脚同时接高电平，将在“时分”输出端输出电路“月日”；把10脚接高电平5脚接低电平，将在“分”输出端输出“秒”，图中的IC2是一片 COMS十进制计数/分配器集成电路CD4017(＄0.1275)，就是为IC1的5脚、10脚适时提供高电平的，这样IC1就快速反复地输出月日、时分、秒信号。IC2 还控制着VTl～VT3，使数码管显示某一内容时其他内容不显示。由于人眼的视觉暂留现象，将观察不到数码管的闪烁，看到的是月日时分秒同时显示。IC2 还起到调校选择的作用。按下AN1，显示内容将被锁定（随机性的），显示内容就是当前可调校的内容。反复按下AN1，可选择需要调校的内容。IC3是一片 CMOS14位二进制串行计数分频和振荡集成电路CD4060(＄0.1163)，以它为核心构成时基信号发生电路，分别给IC1和IC2提供60Hz和240Hz的时基信号。该电路决定时钟走时精度，可微调C2，使日误差在0.3s之内。若要进一步提高走时精度，应稳定IC3的工作电压；或采用其他50Hz或60Hz时基信号发生电路，使用谐振频率更高的晶振。
　　以IC4的CD4017为核心构成星期显示电路。IC4的时基信号（天）由IC1的42脚（闹 2）提供，它的复位端（15端）接第7个输出端（6脚），这样当IC1的42脚输出高电平时，IC4的输出端3、2、4、7、10、1、5脚依次变为高电平，直接驱动发光二极管显示星期。在该电路中，星期天的显示没有用3脚的高电平，而是由电源经电阻R3限流后提供电流，这样表示星期天的LED就一直亮着，提供参照物，使夜晚看星期更方便准确。由于IC1的闹2时间往往不设置在零点，所以星期的转换可能会滞后几小时，但对使用没有大的影响。若每天需定闹 2次，须将闹2设置在闹1之前；若每天只需定闹1次，那么正好把闹2设置在零点，断开R10，用闹2来根供准确的显示星期用时基信号，只用闹1来实现定闹功能。
　　当交流供电中断时，由电池继续给IC1、IC3、IC4供电，定时、计时功能保持，但IC2停止工作，VT1、VT2、VT3截止，LED显示部分不亮，这样可以延长电池供电时间。在用交流供电时，可通过R1给电池充电。
　　元器件选择：
　　集成电路IC1选择LM8364，IC2选择CD4017B(＄0.1163)，IC3选择CD4060B(＄0.1163)，IC4选择CD4017B。三极管要选用NPN型的，放大倍数大些为好。显示用的10个LED数码管和9个发光二极管应选用高亮或超高亮度型的，数码管选用共阴极型的。颜色及尺寸大小可根据自已的爱好选用。例如：显示日期用绿色0.8英寸数码管，显示时间用0.8英寸红色数码管，显示秒用0.56英寸红色数码管，发光二极管中心一个选用红色，环形6个选用绿色，两个选用黄色二极管。电池可选用3.6V60mAh的镍镉电池。蜂鸣器应选用7.5V或9V小型的。8个按钮可直接选用电视选台用的8位自锁开关 （须去掉弹簧，使之失去自锁功能）。变压器应选用功率3W次级交流电压是9V的。
　　LED驱动照明电源电路拓扑结构设计详解
　　图 1显示了三种基本的电源拓扑示例。在图1中，降压稳压器会通过改变MOSFET的开启时间来控制电流进入LED。电流感应可通过测量电阻器两端的电压获得，其中该电阻器应与LED串联。对该方法来说，重要的设计难题是如何驱动 MOSFET。从性价比的角度来说，推荐使用需要浮动栅极驱动的N通道场效应晶体管（FET）。这需要一个驱动变压器或浮动驱动电路（其可用于维持内部电压高于输入电压）。
　　图1还显示了备选的降压稳压器。在此电路中，MOSFET对接地进行驱动，从而大大降低了驱动电路要求。该电路可选择通过监测FET电流或与LED串联的电流感应电阻来感应LED电流。后者需要一个电平移位电路来获得电源接地的信息，但这会使简单的设计复杂化。另外，图1中还显示了一个升压转换器，该转换器可在输出电压总是大于输入电压时使用。由于MOSFET对接地进行驱动并且电流感应电阻也采用接地参考，因此此类拓扑设计起来就很容易。该电路的一个不足之处是在短路期间，通过电感器的电流会毫无限制。您可以通过保险丝或电子断路器的形式来增加故障保护。此外，某些更为复杂的拓扑也可提供此类保护。

　　

　　图 2显示了两款降压-升压型电路，该电路可在输入电压和输出电压相比时高时低时使用。两者具有相同的折衷特性（其中折衷可在有关电流感应电阻和栅极驱动位置的两个降压型拓扑中显现）。图2中的降压-升压型拓扑显示了一个接地参考的栅极驱动。它需要一个电平移位的电流感应信号，但是该反向降压-升压型电路具有一个接地参考的电流感应和电平移位的栅极驱动。如果控制IC与负输出有关，并且电流感应电阻和LED可交换，那么该反向降压-升压型电路就能以非常有用的方式进行配置。适当的控制IC，就能直接测量输出电流，并且MOSFET也可被直接驱动

　　

　　该降压-升压方法的一个缺陷是电流相当高。例如，当输入和输出电压相同时，电感和电源开关电流则为输出电流的两倍。这会对效率和功耗产生负面的影响。在许多情况下，图3中的“降压或升压型”拓扑将缓和这些问题。在该电路中，降压功率级之后是一个升压。如果输入电压高于输出电压，则在升压级刚好通电时，降压级会进行电压调节。如果输入电压小于输出电压，则升压级会进行调节而降压级则通电。通常要为升压和降压操作预留一些重叠，因此从一个模型转到另一模型时就不存在静带。
　　当输入和输出电压几乎相等时，该电路的好处是开关和电感器电流也近乎等同于输出电流。电感纹波电流也趋向于变小。即使该电路中有四个电源开关，通常效率也会得到显著的提高，在电池应用中这一点至关重要。图3中还显示了SEPIC拓扑，此类拓扑要求较少的FET，但需要更多的无源组件。其好处是简单的接地参考FET驱动器和控制电路。此外，可将双电感组合到单一的耦合电感中，从而节省空间和成本。但是像降压-升压拓扑一样，它具有比“降压或升压”和脉动输出电流更高的开关电流，这就要求电容器可通过更大的RMS电流。

　　

　　出于安全考虑，可能规定在离线电压和输出电压之间使用隔离。在此应用中，最具性价比的解决方案是反激式转换器（请参见图4）。它要求所有隔离拓扑的组件数最少。变压器匝比可设计为降压、升压或降压-升压输出电压，这样就提供了极大的设计灵活性。但其缺点是电源变压器通常为定制组件。此外，在FET以及输入和输出电容器中存在很高的组件应力。在稳定照明应用中，可通过使用一个“慢速”反馈控制环路（可调节与输入电压同相的LED电流）来实现功率因数校正 （PFC）功能。通过调节所需的平均LED电流以及与输入电压同相的输入电流，即可获得较高的功率因数。

　　

　　调光技术
　　需要对LED进行调光是一件很平常的事。例如，可能需要调节显示屏或调节建筑灯的亮度。实现此操作的方式有两种：即降低LED电流或快速打开LED再关闭，然后使眼睛最终得到平衡。因为光输出并非完全与电流呈线性关系，因此降低电流的方法效率最低。此外，LED色谱通常会在电流低于额定值时发生改变。请记住：人对亮度的感知成指数倍增，因此调光就需要电流出现更大的百分比变动。因为在全电流下，3%的调节误差由于电路容差缘故可在10%的负载下放大成 30%甚至更大的误差，因此这会对电路设计产生重大的影响。尽管存在响应速度问题，但通过脉宽调制（PWM）来调节电流仍更为精确。当照明和显示时，需要 100Hz以上的PWM才能使人眼不会察觉到闪烁。10%的脉冲宽度处于毫秒范围内，并且要求电源具有高于10kHz以上的带宽。
　　如表2所示，在许多应用中使用LED正变得日益普遍。它将会采用各种电源拓扑来为这些应用提供支持。通常，输入电压、输出电压和隔离需求将规定正确的选择。在输入电压与输出电压相比总是时高时低时，采用降压或升压可能是显而易见的选择。但是，当输入和输出电压的关系并非如此受抑制时，该选择就变的更加困难，需要权衡许多因素，其中包括效率、成本和可靠性。