简易LED恒流电路分析

驱动小功率LED时，电流不会太大，如上图使用限流电阻稳定电流，足够应用于大多数场景的，一旦LED功率上去了，RL电阻体积就会变大，同时因为限流电阻无法实现自身的调节，在电源波动等情况下，会造成明显的亮度变化。比如一个3.3V 120mA的LED，用6V电压驱动，这个电路的RL就应该是(6V-3.3V)/120mA=22.5欧 功率则是2.7Vx120mA=0.324W，这个功率值大于常用的1/4W（250mW）电阻功率。所连接的LED功率越大，RL要求的功率也就越大，体积也就越大。让电源尽可能接近LED的压降值，是可以减少限流电阻功率要求。

为解决这些问题，人们发明了很多用于恒流的电路和芯片，下图是一个低成本、简单的恒流电路。工作电压受限于NMOS的GS极电压以及NPN管工作电压，工作电压范围可以定在2-18V，最高工作电流则要看NMOS可以承载的电流，NMOS也可以用三极管取代。工作原理大致如下，VCC通过R1加载到NMOS的G极，NMOS导通，当电流流过RL时，RL两端会产生一个电压，这个电压的大小和电流以及RL阻值相关的，由于Q1的存在，RL流过的电流大到一定值时，两端电压达到0.6V后（根据元件参数不一样这个值会在0.5-0.7之间，这里选定0.6），Q1就会导通，Q1的Ib放大后，结合R1会形成分压加载到Q2的G极控制NMOS阻止电流的增加。所以VCC=0.6+Vds+Vled，流过LED的电流则可以由0.6V/RL来计算得出。当某些原因，如温度上升导致流过LED的电流变大时，流经Q1的Ib也会变大，R1得到的分压也会变大，而Q2的G极电压则会变小，G极电压变小NMOS受控内阻变大，又导致LED电流变小，从而使电流恒定。LED电流变小时，变化的量则是相反了。当电源电压改变时，会导致Q2的DS极电压也变化，Q1的Ib也相应变化，导致不同的电源电压时电流也是保持基本不变。

如果手头上有NMOS管IRL510，晶体管S8050，电源电压5V，需要驱动一个压降约为2.3V左右，电流最大300ma的LED，试计算各参数值。先是设定LED电流为270mA，那么RL=0.6V/270mA，RL的计算值为2.2欧。R1的值太小的话，会增加电路的功耗，太大会RL的电压变小，所以这里选择为1K。这种电路的功耗比较大，多余的能耗会消耗在NMOS和RL上，NMOS的功耗（5V-2.3V-0.6V）x270mA=0.567W，0.6W左右可以不需要安装额外的散热器，RL的功耗0.6Vx270mA=0.162W，RL至少要选用1/4W或以上的型号，最后得到的电路如下图。

使用面包板搭个电路，电路工作正常。测量电流、电压值如下图所示。从测量值可以看出实际的实验值和计算值基本吻合的。从NMOS的D极电压值也可以看出，这种电路的能耗比较大，在这个实验中5V的电源情况下，Q2和LR会浪费掉一半的能量，并转换成热量散发。所以在使用这种电路时，电源的值最好能尽可能的接近于发光二极管组件的压降，同时要注意Q2或RL的功率和散热问题。