LED驱动电源[67页]

1、什么是LED驱动电源？LED驱动电源即LED开关电源，也有叫LED电源转换器，它是把电源，供应转换为特定需要的电压电流来驱动LED发光的电压转换器，在一般情况下，LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等，而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。推广LED驱动电源将面临哪些实际问题LED驱动电源发展至今还需面临以下三个主要问题：一、LED自身造价成本高 照明成本不仅涉及灯具的初始成本，还涉及灯具所消耗的能源成本，灯具无法正常工作时更换灯具所需的劳动成本，以及所需灯具更换的平均频率。从这一概念出

2、发就很容易理解，为什么LED光源是白炽灯光源价格的50倍左右时，LED交通信号灯的市场就开始启动，而当达到28倍时，就已形成新兴产业。目前半导体照明主要以光色照明和特殊照明为主，以后将向普通照明扩展。具体来讲，近几年内，半导体照明市场将广泛应用在各种信号灯、景观照明、橱窗照明、建筑照明、广场和街道的美化、家庭装饰照明、公共娱乐场所美化和舞台效果照明等领域。事实上，我们身边已经随处可见它的身影：电脑显示灯、手机按键和屏幕的背光源、汽车尾灯、建筑物灯光、交通信号灯等等。 二、LED的电性能差异 理论上LED都一样，都是能发光的二极管，而实际上所有LED的电性能都是有差异的，众多的厂家都在抢生产进度

3、、抓数量；每个厂家的生产工艺是不一致的，甚至相差很大，就是同一厂家的不同时间的工艺都是有差异的；生产发光二极管的半导体材料的纯度要求非常高，不同厂家使用的半导体原材料的纯度是有差异的，这就使LED的发光强度与驱动电流是不完全相同的，或者相差很大，而且耐过电流能力和发热的差异也就自然而然的不同了；由于封装工艺和封装材料的不同，使得整体的散热能力是不一样的，所有的厂家都在研究和开发新材料，以求解决组合材料的热彭胀与散热的问题。由此不难看出,LED发光二极管在短期内仍存在个体之间的很大的差异，如果每个灯只用一个LED，那是很好控制的，而且是真正的长寿命，例如电视机、DVD上的电源指示灯就是如此；而当

4、我们用 LED制作照明灯具时，就不是用单个的LED，而是用多个，或上百上千个LED排成阵列接入电路，再者，需要的亮度就不是指示灯所能做到的，而电流大了、小了亮度都要减弱，且会使寿命大打折扣，甚而致于未出厂就坏掉了；因LED的差异性总是存在的，在多个LED组成的连路中，当有几个坏掉时(通常是短路)，会使电流增大而损坏其他的LED。这就是不一致性带的结果，也是制约其发展的因素之一。当然随着目前LED技术日渐成熟，相信不久的将来会克服此三、LED驱动电路复杂及较高造价成本1）在电压匹配方面，LED不象普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是2-3.伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换

5、电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源适配器。 2）在电流供应方面，LED的正常工作电流在15mA-18mA，供电电流小于15mA时LED的发光强度不够，而大于20mA时，发光了强度也会减弱，同时发热大增，老化加快、寿命缩短，当超过40mA时会很快损坏。为了延长LED照明灯的使用寿命，简易电源是不能使用的，而常用集成电路电源、电子变压器、分离元件电源等，但都要设计恒流源电路和恒压源电路供电的方式，大电流驱动时，要配大功率管或可控硅器件，另加保护电路，这样就使LED 的电源供应器电路很复杂，故障率增加。元件成本、生产成本、服务成本都将升高。而目前LED本身的成本就高，加上电源的成本，这就大大

6、地限制了市场的竞争力与购买群体，LED照明灯的优势大打折扣，这也是制约其发展与普及的又一关键问题。LED驱动电源的分类及特性1、按驱动方式可分为两大类：1）恒流式：a、恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；b、恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路。c、恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高。d、应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED的使用数量；2）恒压式：a、当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化；b、稳压电

7、路不怕负载开路，但严禁负载完全短路。c、以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；d、亮度会受整流而来的电压变化影响。 2、按电路结构方式分类a、电阻、电容降压方式：通过电容降压，在闪动使用时，由于充放电的作用，通过LED的瞬间电流极大，容易损坏芯片。易受电网电压波动的影响，电源效率低、可靠性低。b、电阻降压方式：通过电阻降压，受电网电压变化的干扰较大，不容易做成稳压电源，降压电阻要消耗很大部分的能量，所以这种供电方式电源效率很低，而且系统的可靠也较低。c、常规变压器降压方式：电源体积小、重量偏重、电源效率也很低、一般只有45%60%，所以一般很少用，可靠性

8、不高。d、电子变压器降压方式：电源效率较低，电压范围也不宽，一般180240V，波纹干扰大。e、RCC降压方式开关电源：稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可以做到70%80%，应用也较广。由于这种控制方式的振荡频率是不连续，开关频率不容易控制，负载电压波纹系数也比较大，异常负载适应性差。f、PWM控制方式开关电源：主要由四部分组成，输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。PWM开关稳压的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件导通的脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流

9、稳定（即相应稳压电源或恒流电源）。电源效率极高，一般可以做到80%90%，输出电压、电流稳定。一般这种电路都有完善的保护措施，属高可靠性电源，从以上介绍可以看出PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的LED电源。应用于背光LCD和电视的LED驱动IC选型指南发光二极管（LED）的内在品质使它能够替代冷阴极荧光灯管（CCFL）成为下一代电视机、台式机和笔记本显示器的背光解决方案。LED的功耗远小于CCFL,寿命比后者长5倍,效率更高,显示器厚度更薄,亮度调节的精细度更小,使用低电压驱动器,而且本身就更加环保,因为LED与CCFL不同,它不含有汞或其他有害物质。不过,所有这些特性都只有在LED背

10、光阵列与驱动IC之间实现很好的匹配之后才能得到完全的发挥。因此,设计人员只有在了解驱动IC的关键特性及功能之后,才能选出最适合应用需求的驱动IC。浏览一下驱动IC的数据单,会发现有许多参数需要考虑,本文将介绍的参数和功能是其中最重要的。参数这些规范中的第一条是驱动IC能够接受的输入电压。如果输入电压范围较窄,那么它能够应用到的范围就比较小。此外,这样的IC芯片可能无法承受较大的输入电压摆幅以及在使用中总是存在的一些其他瞬态条件。驱动芯片的最大输出电压也很关键,因为每个LED都会产生14V的电压降。驱动芯片必须有足够高的输出电压,以提供阵列中多个LED所产生的电压降。最大输出电压和通道数决定了它

11、能够支持的LED数量。这一结论同样适用于驱动芯片能够为每个通道提供的最大电流。它能够提供的电流必须与每种设计相匹配,重点在于所使用的LED类型。大多数便携式应用中所使用的LED需要2030mA的电流,而显示器和电视中的LED通常会消耗40120mA（不过在有些应用中LED需要高达350mA的电流）。一般而言,输出电压和输出电流的值越大越好,但是要注意到,高输出的驱动芯片的成本通常要高于低输出的同类产品,因此对驱动芯片和应用进行严格匹配可以节省设计成本。驱动IC可以提供的通道数是从几个到16个,甚至更多。选择几个通道数“合适”的驱动芯片完全是由系统需求所决定的。而目标是使用尽可能少的驱动芯片来满

12、足系统需求,以降低成本和复杂性。但是,驱动芯片能够支持的串联LED数量不仅取决于它的通道数,也取决于芯片的最大输出电压。例如,低输出电压的16通道驱动芯片可支持80个LED,可能只能支持5个LED的串联;而高输出电压的10通道驱动芯片可支持160个LED,或许只能够支持16个LED的串联。LED根据显示器尺寸的不同,LED的数量可能从10英寸显示器的30个,到大屏幕平板电视的1000多个。因为这些LED的光输出取决于电流,所以严格地满足所有LED的电流需求是很重要的,尽管同所有其他电子零部件一样,每个LED的特性也不尽相同。如果不将这些差异降至最低,那么在显示器上将会出现明显的亮度不均匀。驱动

13、IC对电流进行控制,将电流的变化维持在电流匹配规范所指定的很小的范围内。对笔记本和显示器而言,较理想的目标是2%或更小;对电视机则是1%。因为LED的许多属性会随着LED电流的变化而变化,所以亮度调节功能应该使用脉宽调制（PWM）控制来实现,保持导通状态下的电流恒定不变。虽然有些系统使用外部PWM信号（例如,有些笔记本电脑使用直接PWM控制）,但是带有板载PWM发生器的驱动芯片通常是更好的选择。这样的器件不需要外部PWM发生器,能够简化系统设计。有些驱动IC同时支持这两种方式。许多现有背光应用中所使用的PWM频率都低于1kHz,在有些情况下,如果使用低成本的陶瓷电容器,可能会产生人耳能够听到的

14、噪声。通过选择支持PWM频率范围宽（包括那些人耳听不到的频率）的器件,能够避免这个问题。例如,飞思卡尔的10通道MC34844 LED背光驱动芯片就满足这样的要求。有些驱动芯片也提供了与其他器件或外部源进行同步的功能,以降低由器件的相互作用所产生的谐波和拍频引起噪声的可能性,并消除某些视觉假象。驱动芯片调节LED亮度时能够实现的粒度或精度取决于芯片的位数。这个数字越大,PWM信号能够划分的增量就越小,就能够提供更好的亮度控制。例如,MC34844 LED驱动芯片是8位,就能够将LED的亮度调节至256个等级中的任意一级。在驱动芯片的规范中,PWM高/低电平的转换时间应该越短越好,这样才能够保证

15、即使在占空比很小的情况下,输出的也是精确的方波脉冲。这一点对于确保更严格的电流匹配以及线性度更好的亮度调节范围是必不可少的。在高PWM速率下,如25kHz,能够提供低至1个最小有效位（LSB）的线性亮度调节的驱动芯片能够提供最好的性能。但是,转换速率也不能太快,因为更高的频率可能会引起振荡以及其他形式的电磁干扰（EMI）。50ns左右的速度能够满足这个需求,同时将效率最大化。尽管有些LED驱动IC不带有通信接口,但是在许多背光应用中所使用的器件最好带有这项功能,而且这种接口对于带有板载PWM发生器的器件特别重要。这种接口简化了编程、故障监控以及其他功能,在内部集成电路（I2C）类型中最为常见。

16、对于那些需要高速更新的系统而言,低电压差分信号（LVDS）等接口变得越来越普遍。带有板载升压变换器的驱动芯片不再需要外部电路来实现这项功能。此外,最好使用集成开关,因为它消除了板载互连造成电磁干扰的可能性,简化了材料清单（BOM）,节省了PCB面积,也不再需要设计人员指定能够很好地匹配驱动芯片的晶体管。所使用的升压频率变动范围是很广的,而且有时是可编程的。较高频率（如1.2MHz）的优势在于能够使用更小的电感和电容。动态余量控制（DHC）模式是另一项重要的功能。它测量所有连接到升压变换器的LED串,并自动将输出电压调节到驱动这些LED串所需要的最低电压值。这样做会使得电流镜中的线性驱动芯片两端

17、的电压降减小,驱动功耗降低,从而使总体效率升高。带有光环路控制的驱动芯片使得设计人员能够使用光传感器来补偿LED的温度和寿命变化。热传感器也可以用来对热效应进行补偿。光传感器也可以用于调节背光的亮度作为对周围环境变化的响应,在黑暗的环境中调节显示的亮度。理想的LED驱动IC应该包含许多对驱动芯片和LED进行保护的功能。在某个LED或LED串出现故障的时候,LED短路/开路保护能够让背光继续工作。此外,过电压,过电流以及过热保护为驱动芯片和LED提供了必要保障。欠压锁定被用来确保驱动芯片不会工作在指定范围以外,因为那样可能会造成器件无法正常工作。最后的考虑记住,带有大量片上功能的驱动芯片可以减少

18、电路所需要的PCB面积以及材料清单。它们同时也会降低设计的复杂性,因为设计人员不再需要设计外部电路或为之选择最好的零部件。当然,在不同的应用中每项功能的重要性会有所不同,并且被选中的驱动IC是根据其价格与系统性能的对比而选出的。谈谈LED电源竞争与决断2009-08-31 10:53 - 阅读：61 - 评论：0 近日。公司举办一期LED产品设计与技术应用的培训，参加培训的大多是灯具生产企业和用户。开始没有把赞助放在心上，由某教授介绍了一家非常有实力的上游企业，东莞某LED电源生产企业。非常有兴趣赞助培训，都已经策划好如何宣传。但迟迟不能确定。这样的机会，潜在的目标客户集中，在业内来说是机会难

19、得，自然有其它企业对此感兴趣。深圳一LED电源生产企业，也是兴致勃勃，却不明确合作。 这两家企业开始都自以为只有他们一家企业对此活动感兴趣，浑然不知，英雄所见略同。竞争对手早已虎视耽耽。我们只好对东莞的LED电源生产企业说：“深圳某公司想赞助，跟我谈过两次。你不合作，我们就跟他们合作了。”此话一出，企业老总立马答应合作。我们也以诚信致上，只收取了当初说好的“意思价”。后深圳某LED电源企业则后悔和不心甘。观其前后，略有所思。 1.在没有或不知有竞争的情况下，机会有0或100%。不珍惜或以为没人竞争想压低价格。 2.在有竞争的情况下（2家），理论上各自竞争对手有50%的机会。实际上，前者的机会要

20、远高于后者。因为我们遇到后者有意向时，会再联系前者，这种情况下，前者的机会要大。 由此联想到决策人是否独具慧眼，果断决策。我认为一个出色的决策者是以活动价值为主要参考因素，而不是想压低价格或争取更多的服务而犹豫，如果一量有竞争出现，付出的时间和金钱将远超过当机立断。LED驱动电源设计考量 字号：+ - 1帖teleda旅长15452009-07-11 10:29LED由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点,近年来在各行业应用得以快速发展,LED的驱动电源成了关注热点,理论上,LED的使用寿命在10万小时以上,但在实际应用过程中,由于驱动电源的设计及驱动方式选择不当,使LED极易损坏.随着LED

21、的应用日益广泛,LED驱动电源 的性能将越来越适合LED的要求. 我们设计LED驱动电源时,有必要知道LED电流、电压特性,由于LED的生产厂家及LED规格不同,电流、电压特性均有差异.现以白光LED典型规格为例,按照LED的电流、电压变化规律,一般应用正向电压为3.0-3.6V左右,典型值电压为3.3V,电流为20mA,当加于LED两端的正向电压超过3.6V后,正向电压很小的增加,LED的正向电流都有可能会成倍增涨,使LED发光体温升过快,从而加速LED光衰减,使LED的寿命缩短,严重时甚至烧坏LED.根据LED的电压、电流变化特性,对驱动电源的设计提出严格要求. 恒流驱动的理由 白光LED

22、的顺向电压通常被规范成20mA时,最小为3.0V,最大为4.0V,也就是若单纯施加一定的顺向电压时,顺向电流会作大范围的变化. 图1是从A、B两家LED企业的产品中随机取三种白光LED样品进行顺向电压与顺向电流特性检测的结果.根据检测结果显示,若利用3.4V顺向电压驱动上述六种白光LED时,顺向电流会在1044mA范围内大幅变动.表1为白光LED的电气与光学特性. 当前很多厂家生产的LED灯类产品(比如护栏、灯杯、投射灯),采用阻、容降压,然后加上一个稳压二极管稳压,向LED供电,这样驱动LED的方式存在极大缺陷,首先是效率低,在降压电阻上消耗大量电能,甚至有可能超过LED所消耗的电能,且无法

23、提供大电流驱动,因为电流越大,消耗在降压电阻上的电能就越大,所以很多产品的LED不敢采用并联方式,均采用串联方式降低电流.其次是稳定电压的能力极差,无法保证通过LED电流不超过其正常工作要求,设计产品时都会采用降低LED两端电压来供电驱动,这样是以降低LED亮度为代价的.采用阻、容降压方式驱动LED,LED的亮度不能稳定,当供电电源电压低时,LED的亮度变暗,供电电源电压高时,LED的亮度变亮些.阻、容降压方式驱动LED的最大优势是成本低. 根据LED电流、电压变化特点,采用恒压驱动LED是可行的,虽然常用的稳压电路,存在稳压精度不够和稳流能力较差的缺点,但在某些产品的应用上可能过精确设计,其

24、优势仍然是其它驱动方式无法取代的. 采用恒流驱动方式,是比较理想的LED驱动方式,它能避免LED正向电压的改变而引起电流变动,同时恒定的电流使LED的亮度稳定.因此众多厂家选用恒流方式驱动LED.还有一种LED驱动方式是可行的,它即不恒压,也不恒流,但通过电路的设计,当LED正向电压升高时,使驱动电流减小,保证了LED产品的安全.当然正向电压的升高只能在LED承受范围,过高也会损坏LED. 理想的LED驱动方式是采用恒压、恒流.但驱动器的成本增加.其实每种驱动方式均有优、缺点,根据LED产品的要求、应用场合,合理选用LED驱动方式,精确设计驱动电源成为关键.LED虽然在节能方面比普通光源的效率

25、高,但是LED光源却不能像一般的光源一样可以直接使用公用电网电压,它必须配有专用电压转换设备,提供能够满足LED额定的电压和电流,才能使LED正常工作,也就所谓的LED专用电源. 但由于各种规格不同的LED电源的性能和转换效率各不相同,所以选择合适、高效的LED专用电源,才能真正展露出LED光源高效能的特性.因为低效率的LED电源本身就需要消耗大量电能,所以在给LED供电的过程中就无法凸显LED的节能特点.总之,LED电源在LED工作中的稳定性、节能性、寿命长短,具备重要的作用. LED具有类似于二极管的正向V-I特性.在低于LED开启阈值(白光LED的开启电压阈值大约为3.5V)时,通经该L

26、ED的电流非常小.在高于该阈值时,电流会以正向电压形式成指数倍递增.这就允许将LED定型为带有一个串联电阻的电压源,其中带有一则警示说明:本模型仅在单一的工作DC电流下才有效.如果LED中的DC电流发生改变,那么该模型的电阻也应随即改变,以反映新的工作电流.在大的正向电流下,LED中的功率耗散会使设备发热,此举将改变正向压降和动态阻抗.在确定LED阻抗时充分考虑散热环境是非常重要的. 当通过降压稳压器驱动LED时,LED常常会根据所选的输出滤波器排列来传导电感的AC纹波电流和DC电流.这不仅会提高LED中电流的RMS振幅,而且还会增大其功耗.这样就可提高结温并对LED的使用寿命产生重要影响.如

27、果我们设定一个70%的光输出限制作为LED的使用寿命,那么LED的寿命就会从74摄氏度度下的15,000小时延长到63摄氏度度下的40,000小时.LED的功率损耗由LED电阻乘以RMS电流的平方再加上平均电流乘以正向压降来确定.由于结温可通过平均功耗来确定,因此即使是较大的纹波电流对功耗产生的影响也不大.例如,在降压转换器中,等于DC输出电流(Ipk-pk=Iout)的峰至峰纹波电流会增加不超过10%的总功率损耗.如果远远超过上面的损耗水平,那么就需要降低来自电源的AC纹波电流以便使结温和工作寿命保持不变.一条非常有用的经验法则是结温每降低10摄氏度,半导体寿命就会提高两倍.实际上,由于电感

28、器的抑制作用,因此大多数设计就趋向于更低的纹波电流.此外,LED中的峰值电流不应超过厂商所规定的最大安全工作电流额定值. 大功率LED被称为“绿色光源”,它将向大LED电流(300mA 至1.4A)、高效率(60至120 流明/瓦)、亮度可调的方向发展. 由于大功率LED在寿命上具有很大优势,所以发展前景非常广阔,其中最被看好的照明应用是汽车、医疗设备和仪器仪表及其它特种照明环境.但这些应用对LED驱动系统设计也提出了新的要求,包括:输入电压范围一般要求为6V到24V;具有冲击负载保护、反相和过压保护;待机功耗非常低;低带隙基准以减少电流检测损耗以及具有PWM调整亮度的功能等. 驱动电源设计不

29、好LED灯会出现的不良现象: 1:有嘈音; 2:亮度随电压而变化; 3:关闭时闪耀; 4:开机时闪耀; 5:温度很高;6:一批货功率相差很大,达二瓦以上. 目前LED均采用直流驱动,因此在市电与LED之间需要加一个电源适配器即LED驱动电源.它的功能是把交流市电转换成合适LED的直流电.根据电网的用电规则和LED的驱动特性要求,在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点: 1高可靠性 特别像LED路灯的驱动电源,装在高空,维修不方便,维修的花费也大. 2高效率 LED是节能产品,驱动电源的效率要高.对于电源安装在灯具内的结构,尤为重要.因为LED的发光效率随着LED温度的升高而下降,所以LE

30、D的散热非常重要.电源的效率高,它的耗损功率小,在灯具内发热量就小,也就降低了灯具的溫升.对延缓LED的光衰有利. 3高功率因素 功率因素是电网对负载的要求.一般70瓦以下的用电器,没有强制性指标.虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大,但晚上大家点灯,同类负载太集中,会对电网产生较严重的污染.对于30瓦40瓦的LED驱动电源,据说不久的将来,也许会对功率因素方面有一定的指标要求. 4驱动方式 现在通行的有两种:其一是一个恒压源供多个恒流源,每个恒流源单独给每路LED供电.这种方式,组合灵活,一路LED故障,不影响其他LED的工作,但成本会略高一点.另一种是直接恒流供电,LED

31、串联或并联运行.它的优点是成本低一点,但灵活性差,还要解决某个LED故障,不影响其他LED运行的问题.这两种形式,在一段时间内并存.多路恒流输出供电方式,在成本和性能方面会较好.也许是以后的主流方向. 5浪涌保护 LED抗浪涌的能力是比较差的,特别是抗反向电压能力.加强这方面的保护也很重要.有些LED灯装在户外,如LED路灯.由于电网负载的启甩和雷击的感应,从电网系统会侵入各种浪涌,有些浪涌会导致LED的损坏.因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入,保护LED不被损坏的能力. 6保护功能 电源除了常规的保护功能外,最好在恒流输出中增加LED温度负反馈,防止LED温度过高. 7防护方面 灯具外安装

32、型,电源结构要防水、防潮,外壳要耐晒. 8驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配. 9要符合安规和电磁兼容的要求. LED电源的分类 LED照明系统需要借助于恒流供电,目前主流的恒流驱动设计方案是利用线性或开关型DC/DC稳压器结合特定的反馈电路为LED提供恒流供电,根据DC/DC稳压器外围电路设计的差异,又可以分为电感型LED驱动器和开关电容型LED驱动器.电感型升压驱动器方案其优点是驱动电流较高,LED的端电压较低、功耗较低、效率保持不变,特别适用于驱动多只LED的应用.在大功率LED驱动器设计中,主要采用开关电容型LED驱动方案,其优点是LED两端的电压较高、流过的电流较大,从而获得较高的

33、功效及光学效率. 一、LED电源按驱动方式可以分为两大类: A. 恒流式: 1、恒流驱动电路驱动LED是很理想的,缺点就是价格较高. 2、恒流电路虽然不怕负载短路,但是严禁负载完全开路. 3、恒流驱动电路输出的电流是恒定的,而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化. 4、 要限制LED的使用数量,因为它有最大承受电流及电压值. B.稳压式: 1、稳压电路确定各项参数后,输出的是固定电压,输出的电流却随着负载的增减而变化. 2、稳压电路虽然不怕负载开路,但是严禁负载完全短路. 3、整流后的电压变化会影响LED的亮度. 4、要使每串以稳压电路驱动LED显示亮度均匀,需要加上合适的电

34、阻才可以. 二、LED电源按电路结构可以分为六类: 1、常规变压器降压: 这种电源的优点是体积小,不足之处是重量偏重、电源效率也很低,一般在45%60%,因为可靠性不高,所以一般很少用. 2、电子变压器降压: 这种电源结构不足之处是转换效率低,电压范围窄,一般180240V,波纹干扰大. 3、电容降压: 这种方式的LED电源容易受电网电压波动的影响,电源效率低,不宜LED在闪动时使用,因为电路通过电容降压,在闪动使用时,由于充放电的作用,通过LED的瞬间电流极大,容易损坏芯片. 4、电阻降压: 这种供电方式电源效率很低,而且系统的可靠也较低.因为电路通过电阻降压,受电网电压变化的干扰较大,不容

35、易做成稳压电源,并且降压电阻本身还要消耗很大部分的能量. 5、RCC降压式开关电源: 这种方式的LED电源优点是稳压范围比较宽、电源效率比较高,一般可在70%80%,应用较广.缺点主要是开关频率不易控制,负载电压波纹系数较大,异常情况负载适应性差. 6、PWM控制式开关电源: 目前来说,PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的,因为这种开关电源的输出电压或电流都很稳定.电源转换效率极高,一般都可以高达80%90%,并且输出电压、电流十分稳定.这种方式的LED电源主要由四部分组成它们分别是:输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分.而且这种电路都有完善的保护措施

36、,属于高可靠性电源. LED电源的拓扑选择 下表中所显示的信息有助于为LED驱动器选择最佳的开关拓扑.除这些拓扑之外,您还可使用简易的限流电阻器或线性稳压器来驱动LED,但是此类方法通常会浪费过多功率.所有相关的设计参数包括输入电压范围、驱动的LED数量、LED电流、隔离、EMI抑制以及效率.大多数的LED驱动电路都属于下列拓扑类型:降压型、升压型、降压-升压型、SEPIC和反激式拓扑. 拓扑结构 输入电压总大于输出电压 输入电压总小于输出电压 输入电压小于输出电压/输入电压大于输出电压 隔离式 降压式 * 升压式 * 升-降压式 * 降/升压式 * Sepic式 * * 反激式 * * *

37、* 图中显示了三种基本的电源拓扑示例.第一个示意图所显示的降压稳压器适用于输出电压总小于输入电压的情形.在图1中,降压稳压器会通过改变MOSFET的开启时间来控制电流进入LED.电流感应可通过测量电阻器两端的电压获得,其中该电阻器应与LED串联.对该方法来说,重要的设计难题是如何驱动MOSFET.从性价比的角度来说,推荐使用需要浮动栅极驱动的N通道场效应晶体管(FET).这需要一个驱动变压器或浮动驱动电路(其可用于维持内部电压高于输入电压). 图1还显示了备选的降压稳压器(buck#2).在此电路中,MOSFET对接地进行驱动,从而大大降低了驱动电路要求.该电路可选择通过监测FET电流或与LE

38、D串联的电流感应电阻来感应LED电流.后者需要一个电平移位电路来获得电源接地的信息,但这会使简单的设计复杂化.另外,图1中还显示了一个升压转换器,该转换器可在输出电压总是大于输入电压时使用.由于MOSFET对接地进行驱动并且电流感应电阻也采用接地参考,因此此类拓扑设计起来就很容易.该电路的一个不足之处是在短路期间,通过电感器的电流会毫无限制.您可以通过保险丝或电子断路器的形式来增加故障保护.此外,某些更为复杂的拓扑也可提供此类保护. 图1简单的降压和升压型拓扑为LED供电 图2显示了两款降压-升压型电路,该电路可在输入电压和输出电压相比时高时低时使用.两者具有相同的折衷特性(其中折衷可在有关电

39、流感应电阻和栅极驱动位置的两个降压型拓扑中显现).图2中的降压-升压型拓扑显示了一个接地参考的栅极驱动.它需要一个电平移位的电流感应信号,但是该反向降压-升压型电路具有一个接地参考的电流感应和电平移位的栅极驱动.如果控制IC与负输出有关,并且电流感应电阻和LED可交换,那么该反向降压-升压型电路就能以非常有用的方式进行配置.适当的控制IC,就能直接测量输出电流,并且MOSFET也可被直接驱动. 图2降压-升压型拓扑可调节大于或小于Vout的输入电压 该降压-升压方法的一个缺陷是电流相当高.例如,当输入和输出电压相同时,电感和电源开关电流则为输出电流的两倍.这会对效率和功耗产生负面的影响. 在许

40、多情况下,图3中的“降压或升压型”拓扑将缓和这些问题.在该电路中,降压功率级之后是一个升压.如果输入电压高于输出电压,则在升压级刚好通电时,降压级会进行电压调节.如果输入电压小于输出电压,则升压级会进行调节而降压级则通电.通常要为升压和降压操作预留一些重叠,因此从一个模型转到另一模型时就不存在静带. 当输入和输出电压几乎相等时,该电路的好处是开关和电感器电流也近乎等同于输出电流.电感纹波电流也趋向于变小.即使该电路中有四个电源开关,通常效率也会得到显著的提高,在电池应用中这一点至关重要.图3中还显示了SEPIC拓扑,此类拓扑要求较少的FET,但需要更多的无源组件.其好处是简单的接地参考FET驱

41、动器和控制电路.此外,可将双电感组合到单一的耦合电感中,从而节省空间和成本.但是像降压-升压拓扑一样,它具有比“降压或升压”和脉动输出电流更高的开关电流,这就要求电容器可通过更大的RMS电流. 图3降压或升压型以及SEPIC拓扑提供了更高的效率 出于安全考虑,可能规定在离线电压和输出电压之间使用隔离.在此应用中,最具性价比的解决方案是反激式转换器(请参见图4).它要求所有隔离拓扑的组件数最少.变压器匝比可设计为降压、升压或降压-升压输出电压,这样就提供了极大的设计灵活性.但其缺点是电源变压器通常为定制组件.此外,在FET以及输入和输出电容器中存在很高的组件应力.在稳定照明应用中,可通过使用一个

42、“慢速”反馈控制环路(可调节与输入电压同相的LED电流)来实现功率因数校正(PFC)功能.通过调节所需的平均LED电流以及与输入电压同相的输入电流,即可获得较高的功率因数. 图4反激式转换器可提供隔离和功率因数校正功能 恒流驱动与散热的考虑 就电子系统设计而言,工程师在设计LED恒流驱动电路时首先要了解LED的恒流参数.目前LED芯片的制造商很多,国内外LED的差异主要在于相同电参数的情况下,流明数可能不同,因此设计工程师要清楚地认识到LED功率并不是决定发光效率的唯一参数.例如,同样是1W的LED,有的LED可以达到40流明的亮度,而有的只能达到20流明的亮度,这是因为LED光学效率还取决于

43、材料和制作工艺等诸多环节. 有些设计工程师为提高发光效率而采取加大驱动电流的办法,例如,对于同一颗1W LED,加大驱动电流后,亮度可以从20流明提高到40流明,但是LED的工作温度也相应升高了.一旦温度超过LED的限温点,就会影响LED的寿命和可靠性,这是设计恒流驱动过程中需要注意的重要问题. 此外,LED照明系统的光学效率不仅仅取决于LED恒流驱动方案,还与整个系统的散热设计密切相关.为缩小体积,某些LED恒流驱动系统将LED驱动电路与散热部分贴近设计,这样容易影响可靠性. 一般来说,LED照明系统的热源基本就是LED灯本身的热源,热源太集中会产生热损耗,因此LED驱动电路不能与散热系统紧

44、贴在一起.建议采取下列散热措施:LED灯采用铝基板散热;功率器件均匀排布;尽可能避免将LED驱动电路与散热部分贴近设计;抑制封装至印刷电路基板的热阻抗;提高LED芯片的散热顺畅性以降低热阻抗. 目前LED均采用直流驱动,因此在市电与LED之间需要加一个电源适配器即LED驱动电源.它的功能是把交流市电转换成合适LED的直流电.根据电网的用电规则和LED的驱动特性要求,在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点: 1高可靠性特别像LED路灯的驱动电源,装在高空,维修不方便,维修的花费也大. 2高效率LED是节能产品,驱动电源的效率要高.对于电源安装在灯具内的结构,尤为重要.因为LED的发光效率随

45、着LED温度的升高而下降,所以LED的散热非常重要.电源的效率高,它的耗损功率小,在灯具内发热量就小,也就降低了灯具的溫升.对延缓LED的光衰有利. 3高功率因素功率因素是电网对负载的要求.一般70瓦以下的用电器,没有强制性指标.虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大,但晚上大家点灯,同类负载太集中,会对电网产生较严重的污染.对于30瓦40瓦的LED驱动电源,据说不久的将来,也许会对功率因素方面有一定的指标要求. 4驱动方式现在通行的有两种:其一是一个恒压源供多个恒流源,每个恒流源单独给每路LED供电.这种方式,组合灵活,一路LED故障,不影响其他LED的工作,但成本会略高一点

46、.另一种是直接恒流供电,LED串联或并联运行.它的优点是成本低一点,但灵活性差,还要解决某个LED故障,不影响其他LED运行的问题.这两种形式,在一段时间内并存.多路恒流输出供电方式,在成本和性能方面会较好.也许是以后的主流方向. 5浪涌保护LED抗浪涌的能力是比较差的,特别是抗反向电压能力.加强这方面的保护也很重要.有些LED灯装在户外,如LED路灯.由于电网负载的启甩和雷击的感应,从电网系统会侵入各种浪涌,有些浪涌会导致LED的损坏.因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入,保护LED不被损坏的能力. 6保护功能电源除了常规的保护功能外,最好在恒流输出中增加LED温度负反馈,防止LED温度过高

47、. 7防护方面灯具外安装型,电源结构要防水、防潮,外壳要耐晒. 8驱动电源的寿命要与LED的寿命相适配. 9要符合安规和电磁兼容的要求. 随着LED的应用日益广泛,LED驱动电源的性能将越来越适合LED的要求. LED由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点,近年来在各行业应用得以快速发展,LED的驱动电源成了关注热点,理论上,LED的使用寿命在10万小时以上,但在实际应用过程中,由于驱动电源的设计及驱动方式选择不当,使LED极易损坏. 我们设计LED驱动电源时,有必要知道LED电流、电压特性,由于LED的生产厂家及LED规格不同,电流、电压特性均有差异.现以白光LED典型规格为例,按照LED的

48、电流、电压变化规律,一般应用正向电压为3.0-3.6V左右,典型值电压为3.3V,电流为20mA,当加于LED两端的正向电压超过3.6V后,正向电压很小的增加,LED的正向电流都有可能会成倍增涨,使LED发光体温升过快,从而加速LED光衰减,使LED的寿命缩短,严重时甚至烧坏LED.根据LED的电压、电流变化特性,对驱动电源的设计提出严格要求. 当前很多厂家生产的LED灯类产品(比如护栏、灯杯、投射灯),采用阻、容降压,然后加上一个稳压二极管稳压,向LED供电,这样驱动LED的方式存在极大缺陷,首先是效率低,在降压电阻上消耗大量电能,甚至有可能超过LED所消耗的电能,且无法提供大电流驱动,因为

49、电流越大,消耗在降压电阻上的电能就越大,所以很多产品的LED不敢采用并联方式,均采用串联方式降低电流.其次是稳定电压的能力极差,无法保证通过LED电流不超过其正常工作要求,设计产品时都会采用降低LED两端电压来供电驱动,这样是以降低LED亮度为代价的.采用阻、容降压方式驱动LED,LED的亮度不能稳定,当供电电源电压低时,LED的亮度变暗,供电电源电压高时,LED的亮度变亮些.阻、容降压方式驱动LED的最大优势是成本低. 根据LED电流、电压变化特点,采用恒压驱动LED是可行的,虽然常用的稳压电路,存在稳压精度不够和稳流能力较差的缺点,但在某些产品的应用上可能过精确设计,其优势仍然是其它驱动方

50、式无法取代的. 采用恒流驱动方式,是比较理想的LED驱动方式,它能避免LED正向电压的改变而引起电流变动,同时恒定的电流使LED的亮度稳定.因此众多厂家选用恒流方式驱动LED. 还有一种LED驱动方式是可行的,它即不恒压,也不恒流,但通过电路的设计,当LED正向电压升高时,使驱动电流减小,保证了LED产品的安全.当然正向电压的升高只能在LED承受范围,过高也会损坏LED. 理想的LED驱动方式是采用恒压、恒流.但驱动器的成本增加.其实每种驱动方式均有优、缺点,根据LED产品的要求、应用场合,合理选用LED驱动方式,精确设计驱动电源成为关键.LED虽然在节能方面比普通光源的效率高,但是LED光源

51、却不能像一般的光源一样可以直接使用公用电网电压,它必须配有专用电压转换设备,提供能够满足LED额定的电压和电流,才能使LED正常工作,也就所谓的LED专用电源. 但由于各种规格不同的LED电源的性能和转换效率各不相同,所以选择合适、高效的LED专用电源,才能真正展露出LED光源高效能的特性.因为低效率的LED电源本身就需要消耗大量电能,所以在给LED供电的过程中就无法凸显LED的节能特点.总之,LED电源在LED工作中的稳定性、节能性、寿命长短,具备重要的作用.电源技术术语汇编 技术术语汇编 专用名词 缩写词或 符号 定义 A AC-DC合适的电子设备能操作于交流电流或直流电流. 还有: ac

52、 dc, ac/dc, ac-dc AC-DC转换器 AC-DC CONVERTER 一个把交流电转到直流电的器件,通常是指离线转换器,当中交流电压被整流为直流电,或包括功率因素校正或其它功能. 还有: ac dc 转换器, ac/dc 转换器, ac-dc 转换器 交流电源正常信号 AC-OK SIGNAL 该信号用于指示由115/230Vac电源输入的交流电压的导通和中断. 高度测试 ALTITUDE TESTING 飞机或其他飞行器中电子设备的某些功能和特性.根据军用标准MIL-STD-810,通常需要进行高度测试. 环境温度 AMBIENT TEMPERATURE 环境温度通常是指最贴

53、近电源处静止空气的温度. 视在功率 APPARENT POWER 交流电路中功率的数值.该功率等于电路中有效值(rms)电流与有效值(rms)电压的乘积,计算该功率时,不考虑功率因数. B 球式栅格阵列 BALL GRID ARRAY BGA 一种普遍用于集成电路的标准表面贴装连接方法,用于板内安装VI晶片. 频带宽度 BANDWIDTH 确定某种现象必须考虑的频率范围. 基板 BASEPLATE 电源模块都有一个安装用的铝基板.怀格规定该基板的温度为模块的工作温度.该基板应加到散热器导热表面. BELLCORE 技术规范 BELLCORE SPECIFICATIONBellcore提出的通信

54、工业标准. 双极型晶体管 BI-POLAR TRANSISTOR 利用少数载流子穿过PN结原理制成的晶体管,与电压型控制器件(如MOSFET)不同,该晶体管为电流型控制器件. 泄漏电阻 BLEEDER RESISTOR 为了使电容放电,在电路中可接入一只泄漏电阻,以便产生很小的漏电流. 线圈骨架 BOBBIN 线制变压器或电感线圈的支架.该骨架也可使线圈与铁芯绝缘. 倍增器转换器模块 BOOSTER CONVERTER 在驱动器/倍增器模块组合结构中,接到驱动器模块的“被控”模块.在组合结构中,多只倍增器模块可以接到一个驱动器模块上. 击穿电压 BREAKDOWN VOLTAGE 在该电压的作

55、用下,电气绝缘被破坏,随之将产生较大的漏电流,甚至产生弧光火花.在电源系统中,击穿电压是指加到输入端到输出端或输入、输出端到底盘的最高交流或直流电压. 桥式转换器 BRIDGE CONVERTER 桥式转换器是直流直流转换器的一种电路结构.在功率变压器两端的桥式结构中,采用两或四只有源开关器件. 桥式整流器 BRIDGE RECTIFIER 采用四只整流管的桥式全波整流电路. 节电 BROWNOUT 需求的电量超过发出的电量或配给的电量时,为了减小功耗,电力公司通常将降低交流电源配给的电压. 老化 BURN-IN 电源产品出厂前,为了排除元件初期故障和其他潜在的影响,通常应在额定负载下运行一段

56、时间,这个过程称为产品老化. 母线转换器模块 BUS CONVERTER MODULE BCM VTM的其中一款,配合中转母线架构IBA应用而设计.BCM从一个预穏压直流来源提供隔离的中转母线电压,到非隔离负载奌转换器.BCM比传统砖型IBCs更优越. C 加拿大标准协会 CANADIAN STANDARDS ASSOCIATION CSA 明确规定电源组件的标准和安全规格. 电容耦合 CAPACITIVE COUPLING 两个电路之间通过分立电容器或寄生电容器产生的信号耦合. 中心抽头 CENTER TAP 在变压器或电感线圈中点引出的电气接头,通常线圈中心抽头两端的匝数应相等. C-级

57、C-GRADE 一种工业标准,C级器件的工作温度不能低于-20C. 底盘安装结构 CHASSIS MOUNT CONFIGURATION 各种模块或交流前端电路直接装在底盘上,称为底盘安装结构. 共模噪声 COMMONMODE NOISE 两导体对某个基准点具有相等的噪声,通常是指交流电源火线和中线对地的噪声. COMPAC 怀格的直流输入电源,该电源可满足工业品和通信产品对EMC滤波和瞬变保护的要求. 恒流电源 CONSTANTCURRENT POWER SUPPLY 当电源电压、负载、环境温度变化或输出电压随时间变化时,输出电流保持稳定不变的电源. 稳压电源 CONSTANTVOLTAGE POWER SUPPLY 当电源电压、负载、环境温度变化或输出电流随时间漂移时,输出电压保持稳定不变的电源. 控制电路 CONTROL CIRCUIT