单片机基础之：你懂LED驱动吗？

LED（发光二极管）在许多应用中已在很大程度上取代了其他光源。它们用于各种应用，从小型开/关电源指示器到小型和大型字母数字显示器，再到屏幕背光，甚至用于区域和街道照明。
众所周知，LED 比古老的白炽灯更高效，并且比荧光灯更高效。尽管非 LED 光源仍然可以更好地服务于专业领域，但这些领域每年都只占应用领域的一小部分。LED 有多种颜色可供选择，包括绿色、黄色、蓝色、红色和非常重要的“白色”（没有单一的“白色”颜色，因为它有多种颜色）。

LED需要什么类型的电源？

与作为电阻负载并需要由电压源驱动的白炽灯不同，LED是电流驱动的非线性负载。大多数 LED 所需的电流通常在15到30mA 之间，尽管高亮度LED (HBLED) 可能以 50 mA 或更高的电流工作。由于它们是二极管，因此每个 LED发光（导通）时，都有正向压降约1.8 至 2 V（红色）和4V（绿色），这是驱动源选择电流或电压考虑的重要因素。

如果用电压源驱动 LED 会发生什么？

可以使用电压源驱动 LED，使用限流电阻器将电流保持在所需值，图 1。这对于驱动基本电源开/关指示灯等简单应用来说既便宜又可行。

上图 LED 供电的一种简单方法是使用与限流电阻串联的电压源；虽然这种方法是可行并且有效的，但它有一些严重的缺点，并且只在特定的情况下使用。
但这种方法有几个缺点：
1、电流和 LED 亮度将随电源电压的变化而变化；2、即使电压被调节和恒定，亮度也会随着每个 LED 的电压降和电流的不同而变化。3、它效率低下，因为限流电阻会消耗功率。

驱动 LED 的更好方法是什么？

更有效的方法是使用电流源而不是电压源。电流源类似于电压源，除了它将输出电流而不是电压调节到一个固定值，而与负载无关（当然是在限制范围内）。
构建电流源其实并不比构建电压源更难，并且也有许多标准电流源 IC 和模块可供选择（用于“购买”路线）。
选择或设置电流水平以提供特定类型的 LED 所需的预期输出亮度水平的值。不需要电阻器，除了电流源本身之外没有其他低效率，其效率通常在 75% 到 90% 之间。
之前帮客户设计过一款红绿灯的项目（驾校教练场使用的模拟红绿灯），最初的设计是使用电压源设计，曾经遇到过的问题就是：随着应用时间的增加，蓄电池电压逐渐降低，电压不同导致LED亮度会有所不同。最终更改为电流源控制解决了该问题。

使用多个 LED 时的排列拓扑是什么？

三种拓扑是可能的：仅串联、仅并联和串联/并联组合，如下图。

许多需要安装不止一个LED的场合；多个阵列可以配置为单个串联串一组并联 LED，或两者的组合；每种拓扑都在性能、功能和一致性方面提供了独特的权衡。

只需要一个电流源；具有简单的互连布线；

任何二极管的短路故障仅影响该二极管，其余的串正常工作并且仍然看到指定的驱动电流；
任何二极管的开路故障都会禁用整个灯串（注意：可以使用特殊组件，这些组件可以与每个 LED 并联，通常是开路。但是，如果 LED 作为开路故障，该组件将变为“开”并成为围绕开路 LED 的旁路路径，从而允许其余 LED 保持点亮）；
它需要注意所需的源顺应电压，它是串联串中所有二极管压降的总和。例如，如果有十个二极管，每个二极管的压降为 1.8 V，则电流源必须能够在 18 V 的顺从电压下提供电流（实际上，由于其他因素，大约高 2 V）。达到这个合规电压意味着电流源的直流电压供电必须至少具有这个值；
当二极管位于设计布局的不同部分时，布线密集。

‍对于仅并联的拓扑

由于各个二极管之间的差异，来自单个电流源的电流不会在 LED 串之间“均匀”分配，因此每个 LED 会看到不同的电流，从而导致 LED 亮度不同；
对于任何 LED 的开路故障，其他二极管将继续工作，但每个二极管的电流会增加；在某些情况下，产生的电流会超过 LED 的最大额定值；
任何二极管的短路故障都会导致所有其他 LED 电流为零，从而变暗。除非电流源受到短路负载的保护（大多数都是），否则它可能会损坏。
一些设计使用与每个 LED 串联的小电阻来防止二极管短路影响其他二极管，但这会降低每个二极管的电流源一致性）。当 LED 在物理上彼此相距一定距离时，这种方式比较适用。

组合的串联/并联拓扑结合了仅串联和仅并联方法的优点和缺点

在每个串联串中使用的多个 LED 的最佳布置以及在任何给定应用中使用多少这样的串是 LED 数量、LED 故障的影响、可用的合规电压、指定电流下的 LED 亮度/颜色匹配的函数，以及物理布局的考虑。许多设计使用混合方法.
每个串联串都有一个单独的电流源，这克服了许多弱点，但需要更多此类源的“成本”。