LED驅(qū)動電源介紹

1、中國計量學院目錄一、一、LEDLED及其特點及其特點 二、二、LEDLED電源技術(shù)電源技術(shù)三、三、LEDLED電源設(shè)計要點電源設(shè)計要點LED及其特點 LED是一種固體光源，當它兩端加上正向電壓，半導體中的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復合，放出的過剩能量將引起光子發(fā)射。采用不同的材料，可制成不同顏色有發(fā)光二極管什么是什么是LEDLED及其特點 LED是一種可發(fā)光的二極管，除了具有發(fā)光特性外，還具有普通半導體整流二極管的特性。 LED的伏安特性曲線可以劃分為正向特性區(qū)、反向特性區(qū)和反向擊穿區(qū)LED的伏安特性的伏安特性LED伏安特性曲線LED及其特點 OA段：正向死區(qū) VA為開啟LED發(fā)光的 電壓。比

2、如紅色（黃色）LED的開啟電壓一般為0.20.25V。 AB段：工作區(qū)在這一區(qū)段，一般是隨著電壓增加電流也跟著增加，發(fā)光亮度也跟著增大。但在這個區(qū)段內(nèi)要特別注意，如果不加任何保護，當正向電壓增加到一定值后，那么LED的正向電壓會減小，而正向電流會加大。如果沒有保護電路，會因電流增大而燒壞發(fā)光二極管。 OC段：反向死區(qū) LED加反向電壓是不 發(fā)光的（不工作），但有反向電流。這個反向電流很小，一般在幾A之 內(nèi)CD段：反向擊穿區(qū) LED的反向電壓一般不要超過10V，最大不得超過15V，否則就會出現(xiàn)反向擊穿，導致LED報廢。LED的伏安特性的伏安特性 LED伏安特性曲線LED及其特點（1）單向?qū)щ?；?/p>

3、2）LED有門限電壓。LED的門限電壓和正常工作時的正向 壓降與LED的光色有關(guān)；（3）具有非線性的伏安特性曲線，電流與電壓不成正比；（4）LED光通量隨電流增大而增加，但不成正比；（5）對溫度敏感，結(jié)溫升高時，光輸出減少，正向電壓降 低； （6）離散性較大LED的基本特性的基本特性LED及其特點（1）輸入直流電壓不低于LED正向壓降；（2）采用直流電流或單向脈沖電流驅(qū)動；（3）對LED電流加以限制，以防止LED損壞；（4）由于LED電流與其光通量之間的非線性關(guān)系，LED應(yīng)該 在光效比較高的電流值下工作；（5）優(yōu)良的散熱設(shè)計。 LED的基本工作條件的基本工作條件LED及其特點 LED的伏安特性

4、并不是固定的，是隨著溫度而變化的，所以在恒壓供電時，LED電流隨溫度變化而變化，因為LED的伏安特性具有負溫度系數(shù)的特點。為什么為什么LED要使用恒流源？要使用恒流源？LED伏安特性的溫度系數(shù)LED電源技術(shù) LED的配置形勢取決于多方面的因素，如應(yīng)用要求、LED的參數(shù)與數(shù)量、輸入電壓、散熱管理、尺寸與布局限制等。 在實際應(yīng)用中，往往需要將多個LED按照需求排列組合起來。 LED在應(yīng)用中的配置形勢及特點在應(yīng)用中的配置形勢及特點LED電源技術(shù)1 串聯(lián) 常見的連接形式常見的連接形式簡單串聯(lián)帶并聯(lián)穩(wěn)壓管的串聯(lián)LED電源技術(shù)2 并聯(lián) 常見的連接形式常見的連接形式簡單并聯(lián)獨立匹配并聯(lián)LED電源技術(shù)3 混聯(lián)

5、 常見的連接形式常見的連接形式先串后并先并后串LED電源技術(shù)常見的連接形式常見的連接形式LED電源技術(shù) LED的原始電源不外乎兩種：一是電池，二是市電。但提供給用戶或者產(chǎn)品的供電模式有五種； 低壓直流：電池、低壓電源； 高壓直流：高壓電源； 低壓高頻交流：電子變壓器等； 高壓低頻交流：市電； 低壓低頻交流： LED電源輸入電源輸入LED電源技術(shù)直流輸入方式下的LED驅(qū)動技術(shù)一、線性穩(wěn)壓器 傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器 LDO穩(wěn)壓器二、開關(guān)型DC/DC變換器 降壓(Buck)變換器 升壓(Boost)變換器 降壓-升壓(Buck-Boost)變換器LED電源技術(shù) 線性穩(wěn)壓器 普通線性穩(wěn)壓器特點：輸入輸出電壓之

6、差一般要求為4-6V，導致電源效率底下。如右圖，Pic=(17-9)V*350mA=2.8W PR1=0.35*0.35*5.7 =0.7W效率=Pled/(Pic+PR1+Pled) =0.43直流輸入直流輸入線性穩(wěn)壓器線性穩(wěn)壓器LED電源技術(shù) 線性穩(wěn)壓器 LDO穩(wěn)壓器 針對傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器存在的問題，低壓差降落（Low Drop Out）集成穩(wěn)壓器發(fā)展迅速，所謂低壓差是指輸入輸出電壓之差比傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器要小得多，所以效率遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)線性穩(wěn)壓器，因此在便攜式電子產(chǎn)品和電池供電的電源系統(tǒng)中大量使用。直流輸入直流輸入線性穩(wěn)壓器線性穩(wěn)壓器LED電源技術(shù) 開關(guān)型DC/DC變換器 開關(guān)型DC/DC變換器

7、按照輸入輸出電壓的不同分為三種： 降壓(Buck)變換器 升壓(Boost)變換器 降壓-升壓(Buck-Boost)變換器直流輸入直流輸入開關(guān)型開關(guān)型DC/DC變換器變換器LED電源技術(shù) 升壓變換器原理 當控制器驅(qū)動S 導通時，D截止，L中的電流不能突變，只能從零開始緩慢線性增加，并且電源在L中儲存能量夕咆流通過L和S 返回到電源負端。在此過程中，輸出電容C給負載供電S截止時，L上的感應(yīng)電動勢(左負右正)使D正向偏置而導通， L釋放所儲存的能量，電流逐漸減小。在此過程中，電感器L中的儲能與順極性的輸入電壓共同給負載供電，同時對C1進行充電.直流輸入直流輸入開關(guān)型開關(guān)型DC/DC變換器變換器L

8、ED電源技術(shù) 升壓型LED驅(qū)動器直流輸入直流輸入開關(guān)型開關(guān)型DC/DC變換器變換器LED電源技術(shù)市電供電下的LED驅(qū)動 目前LED在應(yīng)用中大多利用交流市電電源供電。由于LED要求在直流低電壓下工作，采用市電電源供電，則需要通過適當?shù)碾娐吠負鋵⑵滢D(zhuǎn)換為符合LED工作要求的直流電源。非隔離：是指在負載端和輸入端有直接連接，觸摸負載有觸電 的危險 電容降壓 高壓芯片恒流隔離： 隔離是指在輸出端和輸入端有隔離變壓器，安全性 大大好于非隔離 變壓器降壓 PWM式恒流LED電源技術(shù) 電容降壓簡易電源的基本電路如圖。 C1 為降壓電容器，同時具有限流作用，D3 是穩(wěn)壓二極管，R1 為關(guān)斷電源后C1 的電荷泄

9、放電阻。112/CPIfVIACACC通過C1的電流IC1為：220V，50Hz條件下，1169CIC市電輸入市電輸入非隔離非隔離電容降壓電容降壓LED電源技術(shù) 電容降壓簡單應(yīng)用電路 市電輸入市電輸入非隔離非隔離電容降壓電容降壓LED電源技術(shù) 電容降壓LED驅(qū)動電路的特點 電容降壓電路的優(yōu)點是體積小、成本低，缺點是帶負載能力有限，效率不高，輸出電壓隨電網(wǎng)波動而變化，使LED亮度不穩(wěn)定 ，所以只能應(yīng)用于對LED亮度及精度要求不高的場合。市電輸入市電輸入非隔離非隔離電容降壓電容降壓LED電源技術(shù)原理分析： 以9910為例,就是在電源工作的原邊回路,設(shè)定一個電流閥值,當原邊MOS導通,此時電感的電流

10、是線性上升的,當上升到一定值的時候,達到這個閥值,就關(guān)斷電流,下一周期再由觸發(fā)電路觸發(fā)MOS導通. 市電輸入市電輸入非隔離非隔離高壓芯片恒流高壓芯片恒流LED電源技術(shù)高壓芯片恒流電路特點 電路簡單，所需元器件少，但恒流精度不高，一旦失控，會燒毀LED燈串。 市電輸入市電輸入非隔離非隔離高壓芯片恒流高壓芯片恒流LED電源技術(shù)變壓器降壓LED驅(qū)動電路1、變壓器降壓整流濾波2、采用線性穩(wěn)壓器的變壓器降壓3、采用集成電流源的LED驅(qū)動電路 變壓器降壓和全波整流、電容濾波LED驅(qū)動電路市電輸入市電輸入隔離隔離變壓器降壓變壓器降壓LED電源技術(shù)變壓器降壓LED驅(qū)動電路特點 采用工頻變壓器，轉(zhuǎn)換效率低，另外

11、限流電阻上消耗功率較大，電源效率很低。市電輸入隔離變壓器降壓LED電源技術(shù)PWM控制方式開關(guān)電源主要有四個部分組成，輸入整流濾波、輸出整流濾波、PWM控制單元，開關(guān)能量轉(zhuǎn)換。市電輸入隔離PWM控制方式開關(guān)電源LED電源技術(shù)PWM控制方式開關(guān)電源特點： 效率高，一般可達80-90%，輸出電壓、電流穩(wěn)定，可加入各種保護，屬于可靠性電源。是比較理想的LED電源市電輸入市電輸入隔離隔離PWM控制方式開關(guān)電源控制方式開關(guān)電源LED電源設(shè)計要點 根據(jù)電網(wǎng)的用電規(guī)則和LED驅(qū)動電源的特性要求，在選擇和設(shè)計LED驅(qū)動電源時要考慮到以下幾點 高可靠性：特別是對LED路燈的驅(qū)動電源，安裝在高空中，維 修不方便成本

12、也高；高效率：LED是節(jié)能產(chǎn)品，電源的效率要高，特別是對于安裝在 燈具內(nèi)部的電源更為重要，因為LED的發(fā)光效率隨LED 溫度的升高而降低。電源效率越高，損耗越少，在燈具 內(nèi)發(fā)熱量小，可以降低燈具內(nèi)溫升，對延緩LED光衰有 利；LED電源設(shè)計要點 功率因數(shù) ：功率因數(shù)是電網(wǎng)對于負載的要求，一般70W以下的電 器沒有功率因數(shù)的要求，小功率的低功率因數(shù)負載大量同時使用的話，會對電網(wǎng)造成較嚴重的污染；驅(qū)動方式 ：主要有兩種，一個是多路恒流，一個恒壓源供多個恒流，每個恒流源給一路LED串供電；還有一個是直接恒流，LED串聯(lián)或者并聯(lián)運行。LED電源設(shè)計要點 浪涌保護 ：浪涌電流是指電網(wǎng)中出現(xiàn)的短時間象“浪

13、”一樣的高電壓引起的大電流。當某些大容量的電氣設(shè)備接通或斷開時間，由于電網(wǎng)中存在電感，將在電網(wǎng)產(chǎn)生“浪涌電壓”，從而引發(fā)浪涌電流。 LED由于本身特性的原因，抗浪涌能力較差，特別是反向抗壓能力，因此加入浪涌保護電路非常必要。保護電路 ：除常規(guī)的欠壓保護、過壓保護、過流保護外，最好加入溫度反饋電路，因為LED溫升對壽命及發(fā)光效率都有影響，防止LED溫度過高對LED壽命及延長光衰有利。LED電源設(shè)計要點 符合安規(guī)及電磁兼容的要求 安規(guī)就是安全規(guī)范，目前是指電子產(chǎn)品在設(shè)計中必須保持和遵守的規(guī)范。 安規(guī)的特點是：安規(guī)強調(diào)對使用和維護人員的保護，是我們使用電子產(chǎn)品方便同時，不讓電子產(chǎn)品給我們帶來危險，同

14、時允許設(shè)備部分或全部功能喪失。安規(guī)是使用安全規(guī)范來考慮電子產(chǎn)品，使產(chǎn)品更加安全。 電磁兼容（英文:Electromagnetic Compatibility，簡稱EMC）是在電學中研究意外電磁能量的產(chǎn)生、傳播和接收，以及這種能量所引起的有害影響。電磁兼容的目標是在相同環(huán)境下，涉及電磁現(xiàn)象的不同設(shè)備都能夠正常運轉(zhuǎn)，而且不對此環(huán)境中的任何設(shè)備產(chǎn)生難以忍受的電磁干擾之能力。LED電源設(shè)計要點 在設(shè)計LED日光燈電源以前，應(yīng)了解LED本身結(jié)構(gòu)及日光燈結(jié)構(gòu)特點：1、LED的工作電流：一般LED的額定工作電流20毫安，設(shè)計20毫安時，實際上工作發(fā)熱很嚴重，經(jīng)多次對比試驗，設(shè)計成16-18毫安是比較理想的。

15、N路并聯(lián)的總電流=17 * N2、LED的工作電壓：一般LED的推薦工作電壓是3.0-3.5V，在估計LED燈串電壓時，一般取單顆為3.125V。M個燈珠串聯(lián)的總電壓=3.125* M3、LED日光燈電源與燈板的匹配：首先考慮設(shè)計電源，再設(shè)計燈板，使燈板能夠最大限度的發(fā)揮電源的效率。LED日光燈電源設(shè)計要點LED日光燈電源設(shè)計要點 4、LED燈板的串并聯(lián)與寬電壓的關(guān)系： 要使LED日光燈工作在輸入電壓范圍比較寬的范圍AC85-265V，則燈板的LED串并聯(lián)方式很重要。對非隔離的降壓式電源，在要求寬電壓時，輸出電壓不要超過72V，輸入電壓范圍是可以到達85-265V的。也就是說，串聯(lián)數(shù)不超過24

16、串。并聯(lián)數(shù)不要太多， 否則工作電流太大，發(fā)熱嚴重，推薦為6并/8并/12并?？傠娏鞑?超過240毫安為好 LED日光燈電源設(shè)計要點LED日光燈電源設(shè)計要點 5、LED日光燈電源的功率因數(shù)校正電路（PFC電路） 功率因數(shù)：又稱為功率因子，英文縮寫PF(Power Factor),是有功功率與視在功率的比值。功率因數(shù)在一定程度上反映了發(fā)電機容量得以利用的比例，是合理用電的重要指標。 目前LED日光燈電源PFC電路主要有三種： 一 無PFC電路，PF值一般為0.65左右； 二 無源PFC（填谷式），與燈管匹配的好的話，一般可以達到 0.92 三 有源PFC ，采用專用芯片，PF值可達0.99，但價格翻一倍， 所以采用第二種方案的比較多。LED日光燈電源設(shè)計要點LED日光燈電源設(shè)計要點 C1和D1組成半橋的一臂，C2和D3組成半橋的另一臂，D2和R1組成充電連接通路，利用填谷原理進行補償。濾波電容C1和C2相串聯(lián)，電容上的電壓最高充到輸入電壓的一半(VAC/2)，一旦線電壓降到VAC/2以下，二極管D1和D3就會被正向偏置，這樣使C1和C2開始并聯(lián)放電。采用這個電路后，系統(tǒng)的功率因數(shù)從0.6提高到0.880.9，但很難超過0.92，因為輸入電壓和電流之間還存在大約60度的死區(qū)。LED日光燈電源設(shè)計要點無源PFC（填谷式）LED日光燈電源設(shè)計要點 6、LED燈板的串并聯(lián)與寬