LED驅動電路設計

1， LED燈簡單介紹：

LED即為我們常見的發光二極管，如下圖(圖1)。

圖1

LED在電路圖中的標記如下圖(圖2)。

圖2

2， LED燈電氣特征：

1， 單向導通性 ：

常見的LED發光二極管都有兩個引腳，其中長的引腳接電源正極，為電流進入LED的引腳，短的接電源負極，為電流離開LED的引腳。如果LED正向導通(圖3)，此時LED電阻基本為零，LED導通發光，如果LED反向導通(圖4)，此時LED電阻可理解為無窮大，LED無電流通過，LED不發光。

圖3

圖4

2， LED電路分析

圖5

1，近似分析：

如上所述， LED正向導通即可理解為電阻為零， 反向導通電阻為無窮大，故分析電路(圖五)， 10V電壓加在發光二極管D與100歐姆電阻R1上面，此時D正向導通，電阻為零， 故該電路電流為：

2, 二階近似：

我們可以這樣理解，所有正向導通正常工作的發光二極管其兩端電壓恒定為0.7V， 故以上電路我們可以進一步分析，D二極管兩端分壓0.7V， 故電阻R1兩端電壓為 10 - 0.7 = 9.3V， 故電路電流為：

二階近似也是在大部分電路設計中被普遍使用的。

3，高階近似：

因為二極管正向導通也是存在電阻的(體電阻)， 故我們在某些需要非常精確的電路計算的時候我們需要考慮這種體電阻，一般這種體電阻都會在二極管技術手冊提及。

3， LED電路設計思路

1，限流電阻的使用

一般的51單片機的輸出電壓只有5V左右，一般3mm發光二極管正常工作電流在5~20mA之間，如果按照二階近似，二極管分壓0.7V，那么剩下的4.3v電壓將全部施加在導線電阻上面，這樣導線的電流將遠遠大于20mA， 這樣很容易燒壞發光二極管，故我們需要給每個發光二極管串聯一個限流電阻，我們假設需要的是20mA的電流， 5V的驅動電壓有0.7V被二極管分壓，4.3V將加到我們的限流電阻上面故可知，限流電阻電壓為4.3V，電流為20mA，故根據歐姆定律，很容易得出，限流電阻大小為215歐姆， 所有我們需要給每個二極管加上一個215歐姆是限流電阻，當然，實際設計電路的時候215歐姆的電阻一般很難找到，故可以提高電阻到300歐姆，因為我們計算的工作電流是20mA, 但是一般5~20mA都可以正常工作。

2，三級管的使用

由于單片機本身的驅動功率有限，如果直接使用單片機驅動多個LED燈將可能存在電壓輸出不穩定的情況，所以我們要使用三極管來放大單片機驅動的電流， 具體關于三極管的電路分析我們留著本文最后面介紹。

4， 成品電路及相關分析

(圖6，最終電路圖)

以上為一個典型的共陰極的LED驅動電路，其中一共引出10條腿，8條接單片機IO口，一條接電源正極，一條接地(也就是接電源負極)。

1，三極管的分析：

在此我先簡單介紹三極管在電路中的電路分析， 我們先看下圖。

其中C引腳為集電極，B引腳為基極，E引腳為發射極， 三極管內部的電流關系為：

即，集電極到發射極的電流等于β倍基極到發射極的電流， 也就是說，基極到發射極的電流被擴大的β倍，然后從發射極流出，β的大小從10到300不等,β的大小從10到300不等， 我們可以試著分析以下電路,β的大小從10到300不等。

我們試著分析上面的電路圖，因為我們可以把基極到發射極三極管部分理解成一個二極管，所以BE分壓0.7V，所以R上面的電壓為9.3V，因為R為1K歐姆, 固根據歐姆定律得，R上電流為9.3mA, 因為這部分電流包括三極管的基極和集電極電流，假設三極管β值為100， 固基極電流是集電極電流的100分之1，固基極電流大概為0.093mA， 固此時基極電流很小，但是加在我們的電阻上的電流卻遠遠大于基極電流。

此處只是對于三極管的簡單介紹，具體的介紹以后我再寫一篇專門的博客了。

現在我們回到我們的電路上面。

當P00引腳高電平輸出時，就會有20mA左右的電流流過二極管D1, 此時三極管Q1的基極，P00只有 20mA / β， 如果β等于100， 此時基極電流為0.2mA,這樣實際流過單片機的電流就只有0.2mA, 如果八個LED都點亮，單片機本身承載的電流也只有0.2 * 8， = 1.6mA, 還不及沒有三極管時的一個二極管的電流大，這樣我們的單片機就能承受驅動8個二級管產生的電流。

八個LED都點亮，單片機本身承載的電流也只有0.2 * 8， = 1.6mA, 還不及沒有三極管時的一個二極管的電流大，這樣我們的單片機就能承受驅動8個二級管產生的電流。

以上文章為我本人對于LED驅動的看法，如有錯誤之處，還望各位讀者指出。