LM317集成稳压电路在LED显示电路中的应用(及LED恒流电路)

发布日期:2023-01-16
LM317集成稳压电路在LED显示电路中的应用(及LED恒流电路)

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lm317构成的电子变压稳压电源

一、LM317集成稳压电路在LED显示电路中的应用

三端可调型正电压输出稳压电路LM317在LED显示电路中可以替代LED显示器的限流电阻,这种接法在驱动合适数目的LED时,具有独特的优点

1、LED显示器与LM317集成稳压电路

发光二极管(简写为LED)具有体积小,抗冲击和抗震性能好。可靠性高和寿命长等优点,可以在低电流下工作。而且损耗功率小,光输出响应时间快,工作频率高达100MHZ,作为显示器件在数字仪表、数控装置、计算机中具有广泛的用途。LED由一个PN结组成,具有单向导电性,发光亮度与正向电流成正比,发光颜色与材料有关。单个LED压降一般为112~215V,工作电流一般为几个毫安到几十个毫安,一般大电流LED(例如红外线LED)工作电流可达70mA左右,型号不同,管压降和工作电流各有不同。成品显示器主要有显示数字用的数码管和显示字母和符号的符号管,其中数码管最为常用。数码管种类和型号很多,组合结构有共阴极和共阳极两种,共阳极需低电平驱动,共阴极需高电平驱动。

LM317系列集成稳压电路(国产型号为CW317),输出电压可调范围为1125~37V,输出电流为0105~115A,工作温度可分为-55~+150摄氏度、-25~+125摄氏度、0~+125摄氏度三类,电压调整率的典型值为0.01%/V,负载调整率的典型值为0.1%。其内部含有过流、过热和调整管安全工作区保护电路,具有安全可靠、应用方便和性能优良等特点。

LM317集成稳压电路应用电路如图1所示,图中R1和R2组成了可调输出的电阻网络。为了能使电路中偏置电流和调整管漏电流被吸收,R1一般选120~300欧,输出端与调整端Adj之间的基准电压值Vref=1.25V,通过R1所释的电流为5~10mA.输入外接电容C1,有利于提高纹波抑制能力,输出端外接C0能消除振荡,确保电路稳定工作。此时输出电压U0=1.25+{IAdj+1.25/R1}R2=1.25{1+R2/R1}+IAdjR2,IAdj一般为50uA,R2取较小值时,V0=1.25{1+R2/R1}。

2、问题的提出及用LM317替代多个限流电阻的显示电路

显示电路无论是共阳极结构还是共阴极结构,为了保证LED显示亮度适中,又不损坏器件,在驱动电路和每个LED之间都需要加接限流电阻,限流电阻的大小由驱动电平、LED管压、工作电流及电源电压共同决定,当LED太多将造成电路复杂、制作麻烦,同时增加功耗。为了减少限流电阻的数目,静态显示一般采用一个数码管共用一个限流电阻的方法,动态显示采用同一段位共用一个限流电阻的方法。

图2是使用8051串行口的静态LED显示电路,74LS164是串行输入、并行输出的移位寄存器,7408是驱动器。这种接法减少了限流电阻的数目,但会造成数码管亮度不稳,甚至不够亮,因为数码管中LED的正向电压为1.5~2V范围,工作中如提供给数码管的电压低于2V,一般无实用价值。另外,数码管中LED全亮和部分亮时,亮度不均,有可能造成LED上电流过大,损坏器件。为此,笔者经多次试验证实,可以用LM317代替多个限流电阻。

图3为LM317作为限流电阻驱动8位数码管的电路接法,若将LM317加装一块散热片,可驱动此8位数码管长期可靠工作,并且在印制板上安装非常方便。若考虑到LED管压降为1.5~2V之间,稳压电路稳定电压应略大于2V,取2~2.2V,取R1=300欧,R2=200欧即可。此外还可以在R2两端加接受单片机口线电平控制的三级管来导通和关闭LM317,以进一步降低电路功耗。

实际应用时还要考虑LM317与显示器的匹配问题。LED数目太少,一是不经济不实用,并且可能造成LED电流过大损坏显示器。LED数目过多,将会造成LED工作电流过小,亮度太暗,甚至不显示。实际应用时,一片LM317能驱动LED的多少应该根据LM317的输出电流范围和LED的工作电流范围进行选择,即所有LED管的工作电流之和应处在LM317的输出电流范围之内,并且留有余量,若是大电流LED还要考虑驱动电路的驱动能力。把LED管按一定的规则排成特定灯光矩阵,在单片机的控制下,可以显示各种灯光图案。同样可以用LM317替代多个灯段的限流电阻,效果十分理想。图4为灯光图案控制电路结构示意图,所需LM317片要与LED多少配合。LM317替代LED的限流电阻必须把LED组合中的阳极接在一起,驱动电路驱动阴极发光,也就是LM317作为限流电阻使用仅适用共阳极结构LED组合。

二、采用LM317构成的LED恒流源电路

本电路图为一款利用LM317的LED恒流源电路图。LED要恒流供电,不然容易老化损坏。可以用LM317,原理是利用317的启探控电压不变,再除电阻,就是恒流值。灯可以根据需求接多少个。改变R1可改变电流,电流=1.25/R1.电路如下图所示。

三、使用LM317构成的LED恒流电路

LM317电压调节器的派生器件包括正固定电压输出模块(LM78××)和负电压输出模块(LM79××),××表示输出电压,如LM7805为输出+5V电压和1A电流的电压调节器。

图2-11所示的电路稍做修改,就可以BK1005HS121-T用作驱动LED的恒流电路,使用LM317构成的LED恒流电路如图2-11所示。

图2-11使用LM317构成的LED恒流电路

如前所述,当LM317的OUT引脚与ADJ引脚的电压差为1.25V时,LM317就能实现稳定电压功能。在图2-11所示的电路中,OUT引脚与ADJ引脚间接有电流检测电阻R。流过R的电流将产生电压降,使OUT引脚的电压高于ADJ引脚,当这个压差达到1.25V时,LM317的内部功率开关管就关断,因此输出电流不会继续上升,而是会维持在使R上的压降为1. 25V的水平上,从而实现稳定电流的功能。因而电流限制值可以用式(2-24)计算。

如图所示,若电池电压最低为30V,LED串总电压为3.2×8-25. 6V,LED限流为350mA,则可算得R约为3.570/,此时LM317及电阻R的压降为30 - 25.6—4.4V,功耗为4.4V×0.35A一1.54W,电路的效率为[(30×0.35) -1.54]÷(30×0.35)≈85%;同理,若电池电压达到最高42V时,LM317及电阻R的压降为42- 25.6 =16. 4V,可算得电路的效率为25.6÷42×100%~61%。由此可见,当输入电压与LED工作电压相差较大时,线性稳压器构成的恒流电路损耗较大。但由于采用线性集成稳压器作为线性恒流源时恒流效果极好,在最低电压到最高电压的整个范围内,其电流值几乎不变,这是电阻限流方式绝对做不到的,也是开关型LED驱动电路很难实现的,故在输入电压波动不大的场合是一种最佳的选择。

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