簡易LED恒流電路分析

驅動小功率LED時，電流不會太大，如上圖使用限流電阻穩定電流，足夠應用于大多數場景的，一旦LED功率上去了，RL電阻體積就會變大，同時因為限流電阻無法實現自身的調節，在電源波動等情況下，會造成明顯的亮度變化。比如一個3.3V 120mA的LED，用6V電壓驅動，這個電路的RL就應該是(6V-3.3V)/120mA=22.5歐 功率則是2.7Vx120mA=0.324W，這個功率值大于常用的1/4W（250mW）電阻功率。所連接的LED功率越大，RL要求的功率也就越大，體積也就越大。讓電源盡可能接近LED的壓降值，是可以減少限流電阻功率要求。

為解決這些問題，人們發明了很多用于恒流的電路和芯片，下圖是一個低成本、簡單的恒流電路。工作電壓受限于NMOS的GS極電壓以及NPN管工作電壓，工作電壓范圍可以定在2-18V，最高工作電流則要看NMOS可以承載的電流，NMOS也可以用三極管取代。工作原理大致如下，VCC通過R1加載到NMOS的G極，NMOS導通，當電流流過RL時，RL兩端會產生一個電壓，這個電壓的大小和電流以及RL阻值相關的，由于Q1的存在，RL流過的電流大到一定值時，兩端電壓達到0.6V后（根據元件參數不一樣這個值會在0.5-0.7之間，這里選定0.6），Q1就會導通，Q1的Ib放大后，結合R1會形成分壓加載到Q2的G極控制NMOS阻止電流的增加。所以VCC=0.6+Vds+Vled，流過LED的電流則可以由0.6V/RL來計算得出。當某些原因，如溫度上升導致流過LED的電流變大時，流經Q1的Ib也會變大，R1得到的分壓也會變大，而Q2的G極電壓則會變小，G極電壓變小NMOS受控內阻變大，又導致LED電流變小，從而使電流恒定。LED電流變小時，變化的量則是相反了。當電源電壓改變時，會導致Q2的DS極電壓也變化，Q1的Ib也相應變化，導致不同的電源電壓時電流也是保持基本不變。

如果手頭上有NMOS管IRL510，晶體管S8050，電源電壓5V，需要驅動一個壓降約為2.3V左右，電流最大300ma的LED，試計算各參數值。先是設定LED電流為270mA，那么RL=0.6V/270mA，RL的計算值為2.2歐。R1的值太小的話，會增加電路的功耗，太大會RL的電壓變小，所以這里選擇為1K。這種電路的功耗比較大，多余的能耗會消耗在NMOS和RL上，NMOS的功耗（5V-2.3V-0.6V）x270mA=0.567W，0.6W左右可以不需要安裝額外的散熱器，RL的功耗0.6Vx270mA=0.162W，RL至少要選用1/4W或以上的型號，最后得到的電路如下圖。

使用面包板搭個電路，電路工作正常。測量電流、電壓值如下圖所示。從測量值可以看出實際的實驗值和計算值基本吻合的。從NMOS的D極電壓值也可以看出，這種電路的能耗比較大，在這個實驗中5V的電源情況下，Q2和LR會浪費掉一半的能量，并轉換成熱量散發。所以在使用這種電路時，電源的值最好能盡可能的接近于發光二極管組件的壓降，同時要注意Q2或RL的功率和散熱問題。