LED照明驱动电源专题讲座

1、LED照明驱动电源专题讲座 All rights reserved提 要一、LED光电特性二、LED驱动电源简介三、各种LED驱动电源介绍四、安全规范五、EMI问题六、功率因数校正PFC七、LED驱动电源选用原则一、LED光电特性1、电压电流特性曲线一、LED光电特性2、电流与发光强度一、LED光电特性3、LED的等效电路LED可以看成是恒压负载，他的压降取决于内部光子发射所需越过的能量势垒。但半导体并非完美的半导体，其中存在与恒压负载串联的等效电阻(ESR)。ESR的大小可以用正导通压降的增加值除以流经电流的增加值来确定。一、LED光电特性4、需要注意的问题LED在导通之后，电流随电压变化很

2、大，必须限定流过LED的电流。LED的导通压降随电流的增大而增大，而不是一个固定值。一般产品手册上会给出某个电流下的压降Vf。LED的发光效率会随电流的增大而降低。二、LED驱动电源简介1、什么是LED驱动电源LED驱动电源把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：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。LED电源核心元 件包括开关控制器、电感器、开关元器件(MOSfet)、反馈电阻、输入滤波器件、输出滤波器件等等。根

3、据不同场合要求、还要有输入过压保护电路、输入欠 压保护电路，LED开路保护、过流保护等电路。 二、LED驱动电源简介2、LED驱动电源专用术语额定输入电压input voltage rating驱动器在规定的工作条件下其特定的输入电压。额定输出功率output power rating驱动器在规定的工作条件下其特定的输出功率。启动时间 turn ON time交流电源电源接通到恒流输出额定电流电流(或恒压输出额定电压)的90%建立的时间段。过冲幅度 overshoot由某一影响量瞬变而引起输出直流电压或者电流超过稳定值的现象为过冲。过冲幅度为输出电流或偏离稳定值的最大瞬变幅度。负载调整率 lo

4、ad STability在所有其他影响量保持不变时，由于负载的变化所引起恒流驱动器输出电流（或恒压驱动器输出电压）的相对变化量。二、LED驱动电源简介2、LED驱动电源专用术语输入电压调整率 voltage stability在所有其他影响量保持不变时，由于输入电压的变化所引起恒流驱动器输出电流（或恒压驱动器输出电压）的相对变化量。输出电压纹波及噪声 Output Ripple Noise输出直流电压中所包括的交流分量峰一峰值。输入冲击电流 input inrush current当接通电源时，交流输入回路最大瞬时电流值。最高壳温 maximum case temperature驱动器工作状态

5、时的允许外壳外壳表面最高温度。最高环境温度 maximum ambient temperature确保驱动器正常工作的最高环境温度。二、LED驱动电源简介2、LED驱动电源专用术语爬电距离 creepage distance沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间的最短路径。电气间隙 electrical clearance在两个导电零部件之间或导电零部件与设备防护界面之间测得的最短空间距离。三、各种LED驱动电源介绍1、电容降压电容降压电路的工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。例如，在50Hz的工频条件下，一个1uF的电容所产生的容抗

6、约为3180 欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为70mA。虽然流过电容的电流有70mA，但在电容器上并不产生功耗，因为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。 三、各种LED驱动电源介绍1、电容降压典型应用电路CBB无极性电容泄放电阻三、各种LED驱动电源介绍1、电容降压l 体积小成本低电流相对恒定。l 电流随电压波动大，不耐冲击，LED寿命短l 非隔离电源，需要外壳绝缘l 功率因数低l 适用于小功率LED灯具三、各种LED驱动电源介绍2、线性恒流三、各种LED驱动电源介绍2、线性恒流l 体积小，成本低，电流恒定。l 一般具有

7、过压保护功能，使LED不受损坏。l 电源效率较低，恒流源发热量大。l 适用于小电流驱动，如果电流较大，需要适用多颗恒流源芯片并联。l 非隔离电源，需要外壳绝缘三、各种LED驱动电源介绍3、分段投切根据输入电压的变化，改变串入的LED数量。三、各种LED驱动电源介绍3、分段投切l 效率较高l 功率因数高l 无电解电容，电路简单l 有100Hz频闪l 非隔离电源，需要外壳绝缘三、各种LED驱动电源介绍4、开关电源开关电源定义：开关电源定义：用半导体器件作为开关，将一种形式的电源转换为另一种形式的电源，转换时有闭环系统的变换器。开关电源的分类：开关电源的分类：l 调制方式：PWM、PFM、双模调制l

8、 开关方式：硬开关、软开关l 隔离特性：隔离、非隔离l 非隔离：BUCK、BOOST、BUCK-BOOSTl 隔离：反激、正激、全桥、半桥、谐振等三、各种LED驱动电源介绍4、开关电源BUCK (降压)型变换器原理三、各种LED驱动电源介绍4、开关电源BUCK型典型应用电路三、各种LED驱动电源介绍4、开关电源BUCK型特点l 可以用于市电供电环境，也可以用于直流供电环境l 市电或高压供电由于没有隔离，需要外壳绝缘l 转换效率高，可以达到90%以上l 电路简单，成本比隔离型开关电源低三、各种LED驱动电源介绍4、开关电源BOOST(升压)型变换器原理三、各种LED驱动电源介绍4、开关电源BOO

9、ST型典型应用电路三、各种LED驱动电源介绍4、开关电源BOOST型特点l 适用于低电压输入环境，如电动车，手电筒等。l 电源转换率高，一般在90%以上。三、各种LED驱动电源介绍4、开关电源单端反激式变换器原理所谓单端所谓单端，即指转换电路的磁心仅工作在其磁滞回线的一侧。所谓反激所谓反激，系指当晶体管导通时，在初级电感线圈中储存能量，当晶体管截止时，初级线圈中储存的能量再通过次级线圈释放给负载。单端反激式开关电源电路是成本最低的一种。它可以达到输入与输出部分隔离，还可以同时输出几路不同的电压，有较好的电压调整率。但其输出纹波电压较大，负载调整率较差，适用于相对固定的负载。一般而言，100W以

10、内的开关电源通常采用单端返激式，超过100W300W的开关电源通常采用正激式或半桥式，300W以上电源通常采用全桥式。三、各种LED驱动电源介绍4、开关电源单端反激式变换器应用实例之自振反激变换器RCC(Ring Choke Converter)l电路简单、全部由分立元件构成、体积小l效率低，一般70%左右l由于采用分立元件，产品的一致性较差三、各种LED驱动电源介绍4、开关电源单端反激式变换器应用实例之PWM型隔离开关电源l适合于较大功率LED灯具l电路比较复杂、成本较高l电源转换效率较高，一般在80%-90%四、安全规范1、相关标准 五、EMI问题1、EMI基础知识 EMI(electro

11、magnetic interference 电磁干扰)指一个器件或系统自身的电噪声干扰到别的器件或系统的正常工作。就其噪声的型式而言主要为差模（DM）干扰和共模（CM）干扰，就其传播方式而言分为传导干扰，指电子设备产生的干扰信号通过导电介质或公共电源线互相产生干扰。以及辐射干扰，指电子设备产生的干扰信号通过空间耦合把干扰信号传给另一个电网络或电子设备。五、EMI问题2、开关电源EMI滤波电路六、功率因数校正PFC1、什么是功率因数功率因数，是用来衡量用电设备的用电效率的数据。功率因数的定义公式：功率因数有功功率/视在功率。有功功率，是设备消耗了的，转换为其他能量的功率。无功功率，是维持设备运转

12、，但是并不消耗的能量。他存在于电网与设备之间，是电网和设备不可缺少的能量部分。但是无功功率如果被设备占用过多，就造成电网效率低下，同时，大量无功功率在电网中来回传送，使得线损高企浪费严重。造成功率因数地下有两个原因，一是电压电流波形不同步，二是电流波形畸变。六、功率因数校正PFC2、为什么进行功率因数校正六、功率因数校正PFC3、开关电源功率因数校正方法无源PFC之“电感补偿”在整流桥堆和滤波电容之间加一只电感，利用电感上电流不能突变的特性来平滑电容充电强脉冲的波动，改善供电线路电流波形的畸变，并且在电感上电压超前电流的特性也补偿滤波电容电流超前电压的特性，使功率因数、电磁兼容和电磁干扰得以改

13、善。但是该电路电流畸变的校正及功率因数补偿的能力都很差，功率因数只能达到0.7-0.8。六、功率因数校正PFC3、开关电源功率因数校正方法无源PFC之“填谷电路”“填谷电路”是将交流市电整流滤波后的电流波形，从窄脉冲形状展开到接近于正弦波形状，相当于把窄脉冲电流波形中的谷点区域“填平”了很大一部分的电路。该电路一般可以将功率因数提高到0.9左右。该电路的优点是结构简单，效果明显，无需大电感器。其缺点是滤波后的直流电压波动大，输出的波谷电压值只为普通电解电容滤波电压谷值的一半。六、功率因数校正PFC3、开关电源功率因数校正方法有源PFC（主动PFC）主动PFC电路由高频电感、开关管、电容以及控制IC等元件构成。电路的特点是构造复杂，但优点