可调恒流驱动LED电路分析

https://www.icxbk.com/article/detail?aid=884

常规使用的pwm调亮度不仅会导致频闪，而且在长时间使用的时候，有损坏led的风险，所以这次设计了一个恒流调亮度电路，其电路图如下所示

电路原理的解读：

左侧的电位计起着调节亮度的作用，将电位计置于最上方，当系统上电的时候，上方的比较器同向输入端得到了来自电位计的5*10/12=4.17的分压，由于此时mos管为截止状态，1欧姆电阻上没有电流通过，不会产生压降，故经过下面一个电压放大器的输出也为0，则运放输出为低电平，上方运放的同向端输入为4.17v，反向端输入为0v，则运放开启mos管。
mos管开启后，电流流过led灯，直到通过1欧姆电阻的电流达到最大值380ma的时候，此时电阻分压得到0.38V，通过电压放大器得4.18V的分压，此时上方的比较器同向输入端为4.17V，反向输入端为4.18V，此时比较器的输出为低电平，关闭mos管。
关闭mos之后电流会持续下降，电阻上的分压也会下降，此时下面电压放大器的输出会再次低于4.17V，这时比较器则再次开启mos管，一直不断循环下去。此电路即可将通过led的电流稳定在一个值附件，通过调节电位计改变比较器同向端的电压，即可改变亮度。

一、led？

在生活中，我们会经常接触到LED这个词，LED到底是什么呢？

LED全称是Light Emitting Diode，中文翻译为”发光二极管”，是一种将电能转换为光能的固体电致发光（简称EL）半导体器件，它利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。

LED实质性核心结构是由元素谱中的Ⅲ-Ⅳ族或Ⅲ-Ⅴ族化合物材料构成的P-N结，由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成，基本结构为一块电致发光的半导体模块，封装在环氧树脂中，通过引脚作为正负电极并起到支撑作用，可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。

LED的特征是发光亮度与通过的电流量几乎呈线性正比关系。因此要使LED发出的相同亮度时，必须保证被连接一起LED的电流量一致。

LED能工作必须有LED驱动器，驱动器给LED提供正常的工作条件，包括电压，电流等，好的驱动电路能随时保护LED。

二、LED为什么要用恒流驱动？

第一，恒流驱动器输出的电流是恒定的，而输出电压会跟随LED的VF值去变化。这样很符合LED的特性，使发出的亮度保持一致。LED受电流变化影响比较大，采用恒流驱动能延长LED的使用寿命；还可以提高LED的发光的效率和稳定性，减少LED的光衰度。

第二，采用恒流源驱动，不用在输出电路串联限流电阻，LED上流过的电流也不受外界电源电压变化、环境温度变化，以及LED参数离散性的影响，可以充沛发挥LED的各种优秀特性，并且当增加或减少LED模组时，恒流源在自身设计的电压范围内自动调整电压，不需人手调节。

第三，采用LED恒流电源来给LED灯具供电，由于在电源工作期间都会自动检测和控制流过LED的电流，因而，不用担忧在通电的瞬间有过高的电流流过LED，也不用担忧负载短路烧坏电源。

第四，恒流驱动电源的电流稳定，适合LED灯长时间工作，不会因为元件在工作中发热电阻降低导致LED灯被烧坏。恒流驱动电源IC保障着电流的通过率不会忽高忽低，可以获得预期的亮度要求，保证各个LED亮度，色度的一致性。

三、MOS管的特性？

irf5305场效应管参数

增强型MOS管的漏极D和源极S之间有两个背靠背的PN结。当栅-源电压VGS=0时，即使加上漏-源电压VDS，总有一个PN结处于反偏状态，漏-源极间没有导电沟道(没有电流流过)，所以这时漏极电流ID=0。

此时若在栅-源极间加上正向电压，即VGS>0，则栅极和硅衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个栅极指向P型硅衬底的电场，由于氧化物层是绝缘的，栅极所加电压VGS无法形成电流，氧化物层的两边就形成了一个电容，VGS等效是对这个电容充电，并形成一个电场，随着VGS逐渐升高，受栅极正电压的吸引，在这个电容的另一边就聚集大量的电子并形成了一个从漏极到源极的N型导电沟道，当VGS大于管子的开启电压VT(一般约为 2V)时，N沟道管开始导通，形成漏极电流ID，我们把开始形成沟道时的栅-源极电压称为开启电压，一般用VT表示。

总结：控制栅极电压VGS的大小改变了电场的强弱，就可以达到控制漏极电流ID大小的目的，这也是MOS管用电场来控制电流的一个重要特点，所以也称之为场效应管。

在这里插入图片描述

1、输入、输出特性
对于共源极接法的电路，源极和衬底之间被二氧化硅绝缘层隔离，所以栅极电流为0，其输出特性和转移特性曲线如下。

在这里插入图片描述

2.导通特性
MOS管作为开关元件，同样是工作在截止或导通两种状态。由于MOS管是电压控制元件，所以主要由栅源电压VGS决定其工作状态。下面以NMOS管为例介绍其特性。

在这里插入图片描述

NMOS的特性，VGS大于一定的值就会导通，适合用于源极接地时的情况(低端驱动)，只要栅极电压达到4V或10V就可以了。
PMOS的特性，VGS小于一定的值就会导通，适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。但是，虽然PMOS可以很方便地用作高端驱动，但由于导通电阻大，价格贵，替换种类少等原因，在高端驱动中，通常还是使用NMOS。

原文链接：https://blog.csdn.net/Li_989898/article/details/120311499

四、放大器？

这是一个同相放大器

这个链接写得很详细了

运算放大器公式推导_zhuzhiyaoyao的博客-CSDN博客_运算放大器基本公式

∵反相端和同相端虚短 , 且同相端接地
∴
在这里插入图片描述
…(a)
∵反相输入端虚断
∴R1和R2相当于串联
∴

…(b)
由于欧姆定律 ,得:

…( c)

…(d)
依次消元 , 得

对应到这个电路里，应该是这么理解的：

vg是放大倍数，对照图示可知，r2是10k的电阻，r1是1k的电阻，计算可得vg=11

那么输出的电压应为输入电压的11倍，把ui=0.38v带入

可以得到对应的输出电压。

运放的基本原理

五、比较器？

电压比较器的工作原理

它将一个模拟量电压信号和一个参考固定电压相比较，在二者幅度相等的附近，输出电压将产生跃变，相应输出高电平或低电平。比较器可以组成非正弦波形变换电路及应用于模拟与数字信号转换等领域。接到正，就是电压比较器。接到负，就成放大器了。
电压比较器它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。

电压比较器简单理解为：运放工作于非线性工作状态，假如基准电压在负端输入，输入的电压在正端输入的话，比较电压高于基准电压，运放就输出高电平（接近于运放的工作电源电压），输入的电压在正端输入的话，比较电压低于基准电压，运放就输出低电平。（接近于地），基准电压加在正端，比较电压加在负端也可以的，输出刚好相反。总之，就是正端电压高，就输出高电平，负端电压高，就输出低电平。有的还加正反馈电阻，接成具有迟滞功能的比较器。

本案例中，这里的比较器不是上面哪种只能输入特定的高、低电平的比较器。这里的比较器实际上更接近于一个运放，这个运放构成的电路结构和比较器很接近，但是它的输出不是两个值（比如高电平5v，低电平1v），它的输出是一个浮动的电压范围（1-5v）。