LED 驱动电路怎么设计？恒流恒压与 PT4115/AL8807 常见 IC 对比

一、LED 的伏安特性决定为什么必须"驱动"

发光二极管本质是一颗 PN 结二极管，正向压降 Vf 与颜色、材料强相关：红光 GaAsP 约 1.8-2.2V、黄绿 GaP 约 2.0-2.4V、蓝白光 InGaN 约 3.0-3.4V、大功率白光 3.2-3.6V。伏安曲线在 Vf 附近极陡，电压变化 0.1V，电流可能变化数倍。这意味着如果只用恒压驱动，批次间 Vf 离散加上温度漂移（Vf 每升 1℃ 下降约 2mV）就足以让电流失控烧灯。

业内公认的结论是：LED 亮度由电流而非电压决定。驱动电路只有两个目标——把电流稳定在数据手册标定值（20mA、350mA、700mA、1A），并尽可能提高效率。

另一个常被忽略的点是 结温 Tj：功率 LED 结温超过 120℃ 光衰加剧，L70 寿命从 5 万小时降到 1 万以下。国标 GB/T 24824-2009 规定了 Tj、光通量、色温、功率的测试流程。

二、限流电阻法与恒流恒压对比

限流电阻是最原始的方法：R=(Vcc−Vf)/If。以 5V 供电点亮蓝光 LED 为例，Vf=3.2V、If=10mA，R=(5−3.2)/0.01=180Ω，功率 P=I²R=18mW，选 1/8W 电阻。适合指示灯、面板 LED 等小电流场合，但输入电压 12V 或电池放电时电流随 Vin 变化，无法做到批次一致，也不适合驱动 1W 以上功率 LED。

线性恒流用晶体管或专用 IC（如 CN5711、AL8807）把电流稳定在设定值，电路简单，无 EMI，但压差全部变成热量，效率= Vf/Vin。12V 驱动一颗 3V LED 效率只有 25%，剩下 75% 变热，只适合 100mA 以内的小功率场景。

开关恒流才是真正的主流：使用 Buck、Boost、Buck-Boost 三种拓扑，通过电感储能实现 85%-95% 效率。PT4115、AL8807、MP3202、LM3405 都属于此类。判断选哪种拓扑的关键是 Vin 与 LED 串联总压降 Vout(LED) 的关系：Vin>Vout 用 Buck；Vin<Vout 用 Boost；跨越两侧用 Buck-Boost 或 SEPIC。

三、四款常见 LED 驱动 IC 深度对比

PT4115：芯茂微 SOT-89-5 封装的 Buck-Boost 恒流 IC，输入 6-30V，最大输出电流 1.2A，PWM 调光引脚 DIM 可接 0-5V 模拟电压或 100Hz-20kHz PWM，效率 95%。设定电流公式 I_LED = 0.1V / R_sense，R=0.3Ω 得 333mA，正好驱动 1W LED。手电筒、汽车雾灯、投光灯的国民 IC。

AL8807：Diodes 公司 MSOP-8 封装，Buck 拓扑，输入 6-40V，最大 1A，效率 97%。设定公式相同 I=0.1/Rset。特色是内置 CTRL 引脚支持模拟与 PWM 双调光，最高 PWM 频率 30kHz，用于汽车大灯与阵列背光。相比 PT4115，AL8807 只能 Buck，不能升压。

CN5711：如韵 SOT23-5 线性恒流 IC，输入 5-24V，输出 350mA，压差仅 0.6V。适合驱动 1-3 颗串联 LED 且输入接近 LED 总压降的场合，例如 12V 输入驱动 3 串 3V LED。缺点是压差大时严重发热。

MP3202：MPS 高频 Boost，输入 2.5-6V，1.3MHz 开关频率，SOT23-6 封装，用于手机闪光灯与 LCD 背光。

• PT4115：6-30V 输入，1.2A 输出，Buck-Boost，DIM 调光，成本 0.5 元级
• AL8807：6-40V 输入，1A 输出，Buck，30kHz PWM，成本 1 元级
• CN5711：5-24V 输入，350mA 线性，无电感，成本 0.15 元级
• MP3202：2.5-6V 输入，Boost 到 24V，1.3MHz，手机应用
• 共同点：Rset 采样电阻决定电流，DIM/CTRL 引脚支持 PWM 调光

四、PWM 调光的正确姿势

PWM 调光靠开关占空比控制平均电流，比模拟电压调光有两大优势：色温漂移小（电流恒定则色温恒定）、调光深度可达 1000:1。频率选择需权衡：低于 100Hz 肉眼可见频闪，医疗与教育场所依 GB/T 9473-2017 要求高于 1250Hz；汽车大灯为避免摄像头拍到条纹须高于 200Hz。工程推荐取 1kHz-5kHz。

PT4115 DIM 引脚接 MCU PWM 输出即可实现调光，占空比与亮度近似线性；若接 RC 低通滤波器把 PWM 变直流 0-2.5V，则进入模拟调光模式。DIM 需加 100kΩ 下拉，防止 MCU 复位期间 LED 满亮。

五、工程实例：18650 手电筒 3W 白光驱动

需求：单节 18650（3.0-4.2V）驱动 3W 白光 LED（Vf=3.2V/If=750mA），三档亮度切换。输入电压跨越 LED Vf，须选 Buck-Boost 拓扑，PT4115 覆盖。

关键参数：R_sense=0.1V/0.75A=0.133Ω，取 0.13Ω/1W；电感 22μH/1A 磁屏蔽；肖特基续流管 SS14（40V/1A）；输入输出电容 10μF/25V 陶瓷。MCU 用 STC8G1K08 生成三档 PWM：100%、30%、5%。实测高档 745mA，效率 91%，续航从 45 分钟延长到近 8 小时。

常见错误：①R_sense 选 1/8W 满档发热 75mW 余量不够，必须 1W；②电感饱和电流选低了，尖峰击穿 IC；③DIM 未加下拉，MCU 复位时全亮烧灯；④输入没加大电容，电池内阻拉低电压导致 IC 反复重启。结论：LED 驱动看似简单，但"电流控制、拓扑选择、调光、EMI 与散热"四步都要按数据手册核对。