耗尽型MOS管在LED照明中的应用

　　发光二极管(LED, Light Emitting Diode)具有多种驱动方式。由于LED的二极管特性，采用恒流驱动的方式具有重要的意义。恒流驱动即保证流过LED的电流在任何情况下保持不变，包括输入电压改变、环境温度改变等。根据建议，LED的电流纹波最好保持在平均电流的20%之内。

　　采用耗尽型MOS管电流调节器对LED进行驱动，具有电路结构简单、电流精度高、可靠性高的优点;同时能够很容易地调节白光LED的电流，实现模拟调光。图1为CREE公司生产的LED灯LR6-230V，其采用耗尽型MOS进行驱动。

　　采用设定电流的方式可保证白光LED工作在其额定电流的范围内，提高了白光LED工作的可靠性。

　　耗尽型MOS管电流调节器

　　采用耗尽型 MOSFET，可以非常简便地实现恒定电流源以驱动 LED。在饱和工作区，耗尽型MOS管的漏-源电流ID为：ID=IDSS(1+(ID*R)/VGS(OFF))2 (1)

　　R=(VGS(OFF)/ID)*((ID*IDSS)1/2-1) (2)

　　由于不可避免的工艺波动，器件参数IDSS和VGS(OFF)在批次到批次(Lot to Lot)之间存在一定的变化。因此，电路设计者需要根据式(2)，以及IDSS和VGS(OFF)的取值范围，确定电阻R的可调范围。在电路配置完成后，通过微调电阻R的值，即可得到所期望的恒定电流。

　　220V市电驱动LED

　　如图2(a)所示，220V市电首先由桥堆及滤波电容整流，获得100Hz的脉动直流电压，其峰值可达310V左右。采用耗尽型MOS管DMZ6012E和电阻R构成恒流源获得20mA电流驱动 LED工作。最大可串联约90个CREE公司的发光二极管C460RT230-S0200作为负载。C460RT230-S0200正向压降的典型值为3.1V，最大正向工作电流为30mA，正常工作时电流一般取20mA。

　　实现工作电流ID=20mA，根据表1可以计算出R的取值范围：

　　R=(VGS(OFF)/ID)*((ID*IDSS)1/2-1)=(-2.4V/20mA)*((20mA *100mA)1/2-1)=66Ω (3)

　　因此，选取100Ω的可调电阻可满足要求获得20mA恒流。

　　对图2(a)进行PSPICE仿真，如图3可以看到输入220V市电时LED中电流输出恒定为20mA.

　　由于LED的正向压降为正温度特性，温度升高时VF上升，采用耗尽型MOS管构成的恒流源，可以避免因LED正向压降VF的微小变化所引起IF较大的变化，进而导致LED亮度较大的变化。

　　此外耗尽型MOS管具有抵抗高的瞬态电压的能力。如图4所示，在耗尽型MOS管漏极输入的310V直流电压上叠加一个100V的瞬态脉冲电压，电流输出基本恒定为20mA，其电流波动值不超过0.1mA，对于LED的工作基本上不产生影响。

　　110V市电驱动LED

　　如图2(b)所示，为110V市电下的LED恒流驱动电路，其拓扑结构与2(a)完全一样。唯一的区别是其最大可串联的发光二极管C460RT230-S020仅为44个。

　　降压后驱动LED

　　如果所接LED个数不多，可以采用变压器降压后驱动的方式。如图5所示，利用变压器将220V市电转换为50V正弦交流电，然后通过桥堆和滤波电容整流，以耗尽型MOS管和可变电阻R构成恒流源输出20mA电流以驱动LED，最大可串联约18个CREE公司的发光二极管C460RT230-S0200作为负载。

　　方便的模拟调光

　　通过调节可变电阻R可以极简便地实现模拟调光，和PWM调光方式相比有效地降低了工作噪声。

　　综上所述，采用耗尽型MOS管对LED进行恒流驱动具有如下优缺点：

　　(1) 电流恒定，抗瞬态能力强;

　　(2) 电路结构简单，系统成本低;

　　(3) 输入电压范围极宽，可以直接联接到整流后的市电;

　　(4) 通过控制电阻R的阻值，可以进行模拟调光。