LED能被快速点亮，具有产生热量低、功耗低、工作寿命长等特点，而且抗冲击、振动性能好。但是，LED需要正确的驱动才能确保最佳的性能和长寿命，因此，设计并实现优良的配套驱动器便成为了获得LED良好性能的关键。

发光二极管（LED）和其他光源（如白炽灯或荧光灯）相比既有优点，也有局限性。其最大的优点是它能被快速点亮，具有产生热量低、功耗低、工作寿命长等特点，而且耐冲击和振动性能好。缺点则是视角小、接近单色的光、有限的波长选择，最为关键的是它们工作时需要电子驱动电路。

不管什么颜色的LED，只要不超过其电流和温度的限制，都具有超长的寿命。 LED必须工作在制造商规定的电流和二极管结温限制以内，才能达到最长寿命。图1显示了一根典型的LED V-1曲线。此图特别参考了最近由Lumileds公司引入的大电流LED技术绘制而成。最大正向电流随着LED的型号、风格和制造商的不同而改变。Lumileds为不同结构的LED规定了30mA、75mA、150mA、350mA和700mA的最大正向电流。更高电流的器件有特别的热设计封装，以把热量传递到散热器上。

图1 不同颜色LED的典型V-1曲线（Lumileds提供）

用分立元件驱动LED的传统方法

用分立元件驱动LED可以有几种方法，如用电阻与电源电压串联来限制电流的简单方法。这类方法不仅简单而且成本低，但有几个缺点。最明显的缺点是没有任何电流控制元件，输入电压的变化会改变LED中的平均电流。这会导致发光质量变差，有时候在高线路电压下甚至会使LED老化或者完全损坏。汽车应用中也存在类似的问题，唯一的区别是对LED和照明质量的影响更加严重，因为汽车中的电池电压会在9～24V之间变化，这就是这类驱动电路不被推荐或不经常使用的原因，它们基本上抵消了LED的优异特性。

另一种常用的采用分立元件的LED驱动器方法，由线性稳压器（MC7805、MC7809或类似）和中功率电阻（通常为1W或更高）串联构成，如图2所示。

图２采用线性稳压器和串联电阻的分立LED驱动器电路

稳流主要取决于稳压器的性能，而且预期应该是好的，因为大多数电压稳压器提供了良好的线路和负载调整率，通常低于±5%。尽管这类方案为LED提供了良好的稳定电流，但是对于成本敏感的应用仍不是最佳的，而且也不适用于要求具有启动功能或电子调光功能的汽车应用。

集成LED驱动器——NUD4001器件

1．NUD4001器件描述

集成的LED的驱动器设计替代分立的解决方案，用于在低和高交流或直流电压应用中（6～120V）驱动LED。通过把它们结合到一个小型贴片封装（SO-8）中，集成设计技术使其不再需要单独的元件，明显降低了系统成本和板面积。

此器件从交流或直流输入给LED阵列提供稳定的直流电流。它可以在各种应用中驱动串联或并联的LED阵列，并且电压开销小（1.4V），便于用在低压应用中。它的电流稳定原理是通过在一个外部低功率检测电阻（Rext）上产生恒定压降（0.7V），这样就设置了一个独立于输入电压的电流。这种工作原理使围绕NUD4001器件进行LED电路设计变得非常简单。但是，在实现这个集成驱动器之前还需考虑一些设计问题，如元件最大功耗（1.13W）、工作环境温度范围、元件的电压开销和LED阵列配置等。在这种情况下，器件用于驱动三个高亮度白色LED（If=0.350A，Vf=3.5V）。

2．NUD4001功耗

SO-8封装的功耗是焊盘尺寸的函数。焊盘尺寸的变化范围可由焊接用的最小焊盘尺寸到允许最大功耗的焊盘尺寸。贴片元件的功耗由芯片的最大额定结温（TJ）、器件结到环境的热阻（RθJA）以及工作环境温度（TA）决定。当它安装在FR-4、2in2（1in2＝0.00064516m2）焊盘、1oz（28.3495g）双面敷铜板上，NUD4001器件的额定值在TA=25°C时为1.13W。在相同的板环境下，它的结到环境的热阻是110°C/W。当环境温度上升时，功耗降低。图3显示NUD4001器件在不同环境温度时的功率降额图，安装在FR-4、2in2铜焊盘、1oz（28.3495g）双面敷铜板上。

图3  NUD4001功耗（PD）和环境温度（TA）的关系

根据这个信息可以得出结论，为了用NUD4001器件优化LED的驱动器电路设计，需要使Vin和VLEDs的比例越小越好，但要高于器件的开销值1.4V。对于350mA的应用，这个比例的良好设计窗口在1.5～2.5V之间。

汽车应用电路中的NUD4001设计考虑

汽车应用可能是所设计的电路中最为复杂的电路。不仅因为电池电压范围宽（9～24V），也因为所要求的规格特殊。一些需要特别注意的汽车规格如下：□ 负荷突降（60V、300msec）

□ 双电压加压起动（24V或更高）

□ 电池接反（-14V、1min或更长）

□ 抗ESD（AEC-Q100规格）

□ 工作环境温度（-40～85°C）

为满足这些汽车的要求，通常的结果是会构建出一个安全系数过大而且性价比不高的LED电路，或者一个有许多保护元件的电路。但是NUD4001器件提供了一种满足汽车应用的低成本解决方案。与采用线性或开关稳压器相比，它的设计简便，可以构成更简单而且成本更低的电路。内部照明是很常见的汽车应用，这些应用通常要求使用中等电流的LED（最大200mA）。图4显示了车厢顶灯应用的基本电路。

图4  汽车车厢顶灯电路，用NUD4001器件驱动一个200mA的 LED

二极管（D1）保护电池接反情况下的电路。功率电阻（R3）是在高电压情况下（24V双电压加的NUD4001器件配置压起动）平衡NUD4001器件功耗的辅助元件。电路在整个电池电压范围内（9～24V）向LED提供恒定的电流，确保良好的照明质量和LED的正常工作。

NUD4001器件的PWM和启动功能

除了稳流功能以外，NUD4001器件通过使用在引脚4和地之间外接的小信号NPN晶体管对LED进行PWM，实现调光。同一个小信号晶体管也可以用于调节应用中的启动功能。图5描述了一个12Vdc应用中的PWM功能电路，用来驱动三个大电流（350mA）白色LED。

当NPN晶体管基极的PWM信号为低时，Rext2的功能是上拉元件的引脚4。LED上施加的平均电流直接由占空比（Iavg =Ipeak×占空比）决定。而且LED的亮度直接取决于施加的平均电流I（avg）。在图5的情况下，电流在100%占空比时设置为350mA，因此亮度随占空比的减少而成正比减小。PWM电路对于100Hz和1kHz之间的频率效果良好，大多数调光应用都使用这个范围内的频率。

图5  PWM功能中的NUD4001器件配置

诸如器件功耗、击穿电压和最大电流能力的设计必须在构建应用电路之前进行考虑。选择合适的LED配置，以便尽可能地减小LED阵列的电压降，对于获得优化设计十分关键。如果少量LED用高电压驱动，需要增加辅助元件（功率电阻）来降低NUD4001器件上的压降。根据应用需要和器件的规范选择合适的铜面积对于获得器件最佳工作状态很关键。

启动功能和PWM特性以及低成本实现是使用  NUD4001器件和使用线性稳压器及分立解决方案来驱动低电压和高电压应用中的LED的区别。