LM317集成稳压电路在LED显示电路中的应用（及LED恒流电路）

　　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。