驱动设计对LED 灯具的影响

驱动设计对LED灯具的影响王森、贾苏青、程寿生

（江苏普明光电科技有限公司）

一、LED灯具驱动设计对LED灯具使用的影响：

自从采用LED作为新型光源以来，LED灯具采用了多种驱动方式，各有千秋，有阻容降压式驱动、恒压式驱动、恒流式驱动、脉冲式驱动、线性恒流式驱动（无电源驱动）等。

由于半导体发光发光二极管（LED）是电流式半导体功率器件，通过它的电流能

直接影响其发光亮度（LED光通量）和LED结温温度，因此，对LED采用不同的驱动方式，将出现不同的使用效果。

1、阻容降压式驱动，是一款最简单而最经济的LED驱动方案。使用元器件少。

电路结构简单，但是，只靠电容降压与限流，就不能提供高的PF值和稳定的电流，同时受输入电压变化的影响非常大。只能用于要求不高且电流小的场合。

2、当采用恒压式驱动供电时，由于LED的Vf值不可能完全一致，所以在多颗LED串联或并联使用时，各个LED的电流不可能一致，因此LED发光亮度和结温不一致，Vf值小的因电流大、温度偏高容易首先损坏，形成恶性循环，不容易实现稳定的工作。

3、脉冲驱动供电。几年前就LED脉冲驱动有了《低占空比脉冲驱动对白光LED的视觉亮度及光效影响研究初探》等学术报道，通过实验研究，脉冲驱动能节约电能，视觉亮度翻翻，光效低，结温高，在多颗LED串联或并联使用时，同样受LED的Vf的影响，要实际运用时，需进一步研究与评价。

4、恒流驱动。目前，比较成熟的运用居多的是恒流方案。

但是，恒流驱动方案在实际使用过程中又存在以下问题：以图一30W灯具10串三并为例说明。图一为现有LED路灯恒流驱动的典型接线方式：由恒流驱动电源、30颗1W的灯珠、电流适配器连接而成。

为了使LED工作稳定，灯具接线完成后要进行调整：首先将恒流驱动电源的电压（调RV）到最大值，调RI电流到额定值；再将LED的一路断开，调节RV使电流为2/3I值，称为统调的工序完成，接上断开的一路，整灯调整结束。

由于半导体材料的离散型，30颗LED的Vf值不可能一样，因此，三串LED的电流I1、I2、I3不可能相等，电流一致性很难得到保障。为了尽量保证三路电流一致，有些厂家加了电流适配器盒，在三个支路各串一只功率电阻R1、R2、R3，调节R1、R2、R3的阻值使I1=I2=I3，LED电路工作相对稳定。由于在电路中加入了功率电阻，增加了系统的功率损耗，系统功率增加，光效下降。是在没有更好的驱动方案情况下的权宜之计。

5、线性恒流式驱动，又称去（无）电源化驱动。目前国内市场看得到“LED线性恒流驱动”方案，内部大致结构参考图二，它直接通过对220V交流进行电桥式整流，得到两个半波正弦波电压，再通过对4路串联的LED进行分时分段恒流，于是4段叠加后的电流波形接近半波正弦波电压形波（见图三），因为只有当电流波形和电压波形的相位一致时，PF值才能等于1。因此，LED线性恒流驱动方案是低成本，高PF值的恒流方案。

虽然线性恒流式驱动具有电路简单、低成本、高PF值的特点，但也存在如下问题：a、电压适用范围狭窄，最佳工作电压是AC210V～AC230V。由于LED是串联工作的，为了适应电源电压的需求，串联的LED的Vf值总和要在220V～240V左右,经过实验，输入低电压时，只有一组LED发光（第一组）；输入电压低于AC210V时，LED亮度很不均匀（第四组暗）；当输入电压超过AC230V时，系统功率随输入电压的上升而快速上升，导致IC损坏。我国地阔辽源，电压不可能稳定在AC210V～AC230V之间不变，特别是有大功率设备的企业；b、频闪严重。（100Hz的频闪）；c、效率做不高。大概在65%～70%左右。d、输入部分没有共模电感等吸收电子杂波的元器件，达不到EMC、EMI的要求。

通过对阻容降压式驱动、恒压式驱动、恒流式驱动、脉冲式驱动、线性恒流式驱动等对LED供电方案的了解，目前使用的驱动方案严格的讲都不是最佳的方案，直接影响LED照明的发展。

二、LED驱动应该达到的功能技术要求

设计一个好的LED驱动就能设计出好的LED灯具。一个好的LED灯具需要做到高光效、长寿命、发热低、光衰小、小散热体积、符合相关标准。至于外形是机械设计，在此不考虑。

1、驱动与LED的匹配。LED是半导体功率二极管，通过发光反应出对电能的转

换，输入电流与发光量有一个对应关系，可称为输出特性；加在二极管PN结的正向电压Vf与流过LED电流有正比关系，可称为输入特性。LED是半导体材料制成的半导体发光二极管，于是具有半导体的所有特性，阻抗匹配是电子电路设计需注重的，对于LED与驱动需要有最佳匹配。

2、自适应电流驱动。现在运用的恒流驱动是集中恒流方式，要想达到最佳驱动效果，最好是一个LED有一个恒流电路驱动，可称之为独立驱动，在实际运用中是不可能的，即使是COB也是有多个LED芯片串并而成。当LED芯片串联以后，由于单个Vf值的关系，该串LED的输入特性将发生变化，独立电流驱动电路就需要识别并作出调整，确保电流的稳定性。

3、恒流驱动与恒压电源的匹配。出现了多路（或独立）恒流驱动，集中恒流驱动电源就不能胜任了，理想方案是恒压电源+多路恒流驱动。为了得到更高的效率，恒流驱动与恒压电源之间还应有最佳匹配。

4、降低LED结温。散热器在LED灯具中是被动的散热，如果减小LED的发热量，结温自然下降，就不需要很大的散热器。既解决了体积，又延长灯具寿命。

为了满足LED对驱动的要求，江苏普明光电科技有限公司历经几年的时间研发了“普式驱动”（Pulse）方案和高压LED驱动方案。

三、“普式驱动”（Pulsedrive）法

“普式驱动”方案已获得国家发明专利，目前制成了集成电路，型号为：MHQD25D和HSOP28L，已投入实际运用。

特点：

1、独立恒流，实现多路驱动互不干扰。能自动识别负载中每一路LED的输入、输出特性，自动适配，保证驱动电流稳定互不干扰。

2、采用“闭环回路”叠加式控制技术，增加有效光通量。

3、大电流驱动LED，提升系统光效。

4、LED工作在间息状态，降低了LED结温，可减小散热器面积，控制灯具温度。

5、有4种工作模式可程序选控，录入不同的数据，达到理想的效果。

6、低电压直流24V恒压供电。

运用：

典型运用电路见图四，灯板和模组见图五、图六。

图四是30W模组的电路原理，图五是30W、40W、50W方形模组铝基板，图六是30W长条形模块。所有元器件焊接在铝基板上，录入数据，接通24V电源，模块工作。通过不同组合，能达到以下效果：

1、可以配合任意外形的灯壳，组成60W、90W、120W、150W等不同功率的灯具（见灯具图）；2、配上不同角度的透镜和外壳，可以组成不同功率的投光灯、泛光灯、隧道灯、工矿灯（高棚灯）等灯具；

3、由于模块工作电压是24V（21V-26v都可以稳定工作），蓄电池可直接供电亮灯，减少了恒流式LED太阳能路灯电源转换的损耗，延长太阳能路灯的亮灯时间。

实际使用中，选用单颗光效140lm～145lm/W、色温：5700K、显指：72的普通灯珠，28颗光源，用5组长形模块做成150W路灯，通过测量，光效130lm/W；散热器温度45℃。

四、高压LED驱动方案

针对线性恒流式驱动（无电源驱动）方案在我国运用的缺陷，公司开发了新型高压LED驱动的方案，经实验室检测，达到如下指标：

1、PF＞0.95；

2、采用了宽电压浮动跟踪调节技术，电压适用范围：AC150V～AC270V，功率误差低于2.5W；

3、当电源电压达到270V时，电路自动调节为2/3额定功率，低于270V时恢复额定功率，响应时间：3S。

4、灯具效率达到90%以上；

5、频率响应300Hz～500H