电阻限流电路设计与优化

LED可以看成是恒压负载。它的压降取决于内部光子发射所需跃过的能量势垒。但半导体并非完美的导体，其中存在与恒压负载串联的等效电阻（ESR）。ESR大小可以用正导通压降的增加值除以流经电流的增加值来求取。ESR与LED的电流等级大致成反比，低功率20mA电流等级ESR约为20Ω；350mA电流等级1W的ESR约为1～2Ω。

图2-3　LED等效模型

用恒压电源来驱动恒压负载是非常困难的。因为电源输出电压和负载电压的差为ESR的压降，而ESR的值通常很小，所以ESR上的压降也很小。电源输出电压和负载电压的轻微变化就会导致ESR电流变化很大，见图2-4中左边的曲线。如果已知电源电压和LED正向压降，就可以计算出电流的变化量。在电源电压范围内，流过LED的电流可以用下面式子表示。

其中VSOURCE为电源电压，VF为LED的正向压降，假设ESR是常数。

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图2-4　外接电阻后LED伏安特性

若能把伏安特性曲线的直线部分的斜率减少，则可以降低LED电流对外加电压的敏感度。可以在LED回路中串联一个电阻，这就是LED电阻限流电路。LED串联外加电阻后的电流对电压斜率明显减少，见图2-4中右边曲线。如果已知电源电压和负载正向压降，就可以计算出加上电阻后的电流变化量。在下面式子里，负载电压包括了LED额定电流时ESR上的压降，因此只需要知道外接电阻的阻值，电阻值越大，电流的变化越小。

其中VSOURCE为电源电压，VLOAD为LED与串联电阻的总压降，假设ESR是常数。例用5V/1A电压源驱动一个350mA的LED，其VF=3.5V，ESR=2Ω。

LED电阻限流电路可以控制输出电流限制在一定范围内，使其稳定发光。在考虑环境温度和器件电压变化量的情况下，电阻上的实际电压降应该保证电流保持在设定范围内。但是效率低，热损耗大，同时也要求电压源稳定。如果是在大范围电源电压波动会使电阻上承受太大的功耗，因此电阻限流电路一般只适应于电流电压波动不太大的应用中。

如果想要用串联电阻来减小温度的影响，它的作用是很小的，这可以从伏安特性上看出，串联电阻以后的确可以减小温升带来的电流升高，电阻越大，电流随温度变化越小，但是只是减小，并不能消除。而且很明显，电阻将带来额外的功耗，使得LED的总体效率降低。假定所用的LED为1W的LED，其电流为0.35A。假定串联的电阻为100Ω，所消耗的功率就高达12.25W显然是不能接受的，即使把电阻降低到10Ω，其功耗仍然有1.225W。比LED本身的功耗还要大。为了减小这种功耗，就必须把电阻再减小。然而，减小电阻的结果是使得由温升所引起的电流变化还是照样加大。所以，串联电阻绝不是一个好办法。