LED驅(qū)動電源介紹

會計學(xué)1LED驅(qū)動電源介紹目錄一、LED及其特點二、LED電源技術(shù)三、LED電源設(shè)計要點第1頁/共40頁LED及其特點

LED是一種固體光源，當(dāng)它兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)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LED第2頁/共40頁LED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(dǎo)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LED伏安特性曲線第3頁/共40頁LED及其特點OA段：正向死區(qū)VA為開啟LED發(fā)光的電壓。比如紅色（黃色）LED的開啟電壓一般為0.2~0.25V。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(hù)，當(dāng)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(hù)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μA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(dǎo)致LED報廢。LED的伏安特性LED伏安特性曲線第4頁/共40頁LED及其特點（1）單向?qū)щ?；?）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的基本特性第5頁/共40頁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的基本工作條件第6頁/共40頁LED及其特點LED的伏安特性并不是固定的，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(fù)溫度系數(shù)的特點。為什么LED要使用恒流源？LED伏安特性的溫度系數(shù)第7頁/共40頁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第8頁/共40頁LED電源技術(shù)1串聯(lián)

常見的連接形式簡單串聯(lián)帶并聯(lián)穩(wěn)壓管的串聯(lián)第9頁/共40頁LED電源技術(shù)2并聯(lián)

常見的連接形式簡單并聯(lián)獨立匹配并聯(lián)第10頁/共40頁LED電源技術(shù)3混聯(lián)

常見的連接形式先串后并先并后串第11頁/共40頁LED電源技術(shù)常見的連接形式連接形式優(yōu)點缺點串聯(lián)簡單串聯(lián)電路簡單，LED電流相同，亮度一致可靠性不高，驅(qū)動器輸出電壓高帶旁路串聯(lián)電路簡單，可靠性高，LED電流相同，亮度一致元器件數(shù)量增加，體積大，成本高并聯(lián)簡單并聯(lián)電路簡單，驅(qū)動電壓低均流問題獨立匹配并聯(lián)可靠性好，單個LED保護(hù)完善電路復(fù)雜，體積大，成本高，不適應(yīng)LED多的場合混聯(lián)先并后串可靠性較高，總體效果較高，適用范圍較廣電路復(fù)雜，并聯(lián)的單個LED或LED串需解決均流問題先串后并第12頁/共40頁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電源輸入第13頁/共40頁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)變換器第14頁/共40頁LED電源技術(shù)線性穩(wěn)壓器普通線性穩(wěn)壓器特點：輸入輸出電壓之差一般要求為4-6V，導(dǎo)致電源效率底下。如右圖，Pic=(17-9)V*350mA=2.8WPR1=0.35*0.35*5.7=0.7W效率=Pled/(Pic+PR1+Pled)=0.43直流輸入>線性穩(wěn)壓器第15頁/共40頁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（LowDropOut）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(yuǎn)遠(yuǎn)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>線性穩(wěn)壓器第16頁/共40頁LED電源技術(shù)開關(guān)型DC/DC變換器開關(guān)型DC/DC變換器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>開關(guān)型DC/DC變換器第17頁/共40頁LED電源技術(shù)升壓變換器原理

當(dāng)控制器驅(qū)動S導(dǎo)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(fù)端。在此過程中，輸出電容C給負(fù)載供電S截止時，L上的感應(yīng)電動勢(左負(fù)右正)使D正向偏置而導(dǎo)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(fù)載供電，同時對C1進(jìn)行充電.直流輸入>開關(guān)型DC/DC變換器第18頁/共40頁LED電源技術(shù)升壓型LED驅(qū)動器直流輸入>開關(guān)型DC/DC變換器第19頁/共40頁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(dāng)?shù)碾娐吠負(fù)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(fù)載端和輸入端有直接連接，觸摸負(fù)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式恒流第20頁/共40頁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的電荷泄放電阻。通過C1的電流IC1為：220V，50Hz條件下，市電輸入>非隔離>>電容降壓第21頁/共40頁LED電源技術(shù)電容降壓簡單應(yīng)用電路

市電輸入>非隔離>>電容降壓第22頁/共40頁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(fù)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>非隔離>>電容降壓第23頁/共40頁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(dāng)原邊MOS導(dǎo)通,此時電感的電流是線性上升的,當(dāng)上升到一定值的時候,達(dá)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(dǎo)通.

市電輸入>非隔離>>高壓芯片恒流第24頁/共40頁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>非隔離>>高壓芯片恒流第25頁/共40頁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>隔離>>變壓器降壓第26頁/共40頁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>>變壓器降壓第27頁/共40頁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)電源第28頁/共40頁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(dá)80-90%，輸出電壓、電流穩(wěn)定，可加入各種保護(hù)，屬于可靠性電源。是比較理想的LED電源市電輸入>隔離>>PWM控制方式開關(guān)電源第29頁/共40頁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；第30頁/共40頁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(fù)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(fù)載大量同時使用的話，會對電網(wǎng)造成較嚴(yán)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。第31頁/共40頁LED電源設(shè)計要點

浪涌保護(hù)：浪涌電流是指電網(wǎng)中出現(xiàn)的短時間象“浪”一樣的高電壓引起的大電流。當(dāng)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(hù)電路非常必要。保護(hù)電路：除常規(guī)的欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)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。第32頁/共40頁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(hù)人員的保護(hù)，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:ElectromagneticCompatibility，簡稱EMC）是在電學(xué)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(biāo)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。第33頁/共40頁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(yán)重，經(jīng)多次對比試驗，設(shè)計成16-18毫安是比較理想的。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)計要點第34頁/共40頁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(dá)85-265V的。也就是說，串聯(lián)數(shù)不超過24串。并聯(lián)數(shù)不要太多，否則工作電流太大，發(fā)熱嚴(yán)重，推薦為6并/8并/12并?？傠娏鞑怀^240毫安為好

LED日光燈電源設(shè)計要點第35頁/共40頁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(PowerFactor),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(jī)容量得以利用的比例，是合理用電的重要指標(biāo)。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(dá)到0.92三有源PFC，采用專用芯片，PF值可達(dá)0