35LED驱动电源介绍

LED与LED电源报告人：窦亮亮中国计量学院目录一、LED及其特点二、LED电源技术三、LED电源设计要点LED及其特点LED是一种固体光源，当它两端加上正向电压，半导体中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出的过剩能量将引起光子发射。采用不同的材料，可制成不同颜色有发光二极管什么是LEDLED及其特点LED是一种可发光的二极管，除了具有发光特性外，还具有普通半导体整流二极管的特性。LED的伏安特性曲线可以划分为正向特性区、反向特性区和反向击穿区LED的伏安特性LED伏安特性曲线LED及其特点OA段：正向死区VA为开启LED发光的电压。比如红色（黄色）LED的开启电压一般为0.2~0.25V。AB段：工作区在这一区段，一般是随着电压增加电流也跟着增加，发光亮度也跟着增大。但在这个区段内要特别注意，如果不加任何保护，当正向电压增加到一定值后，那么LED的正向电压会减小，而正向电流会加大。如果没有保护电路，会因电流增大而烧坏发光二极管。OC段：反向死区LED加反向电压是不发光的（不工作），但有反向电流。这个反向电流很小，一般在几μA之内CD段：反向击穿区LED的反向电压一般不要超过10V，最大不得超过15V，否则就会出现反向击穿，导致LED报废。LED的伏安特性LED伏安特性曲线LED及其特点（1）单向导电；（2）LED有门限电压。LED的门限电压和正常工作时的正向压降与LED的光色有关；（3）具有非线性的伏安特性曲线，电流与电压不成正比；（4）LED光通量随电流增大而增加，但不成正比；（5）对温度敏感，结温升高时，光输出减少，正向电压降低；（6）离散性较大LED的基本特性LED及其特点（1）输入直流电压不低于LED正向压降；（2）采用直流电流或单向脉冲电流驱动；（3）对LED电流加以限制，以防止LED损坏；（4）由于LED电流与其光通量之间的非线性关系，LED应该在光效比较高的电流值下工作；（5）优良的散热设计。LED的基本工作条件LED及其特点LED的伏安特性并不是固定的，是随着温度而变化的，所以在恒压供电时，LED电流随温度变化而变化，因为LED的伏安特性具有负温度系数的特点。为什么LED要使用恒流源？LED伏安特性的温度系数LED电源技术LED的配置形势取决于多方面的因素，如应用要求、LED的参数与数量、输入电压、散热管理、尺寸与布局限制等。在实际应用中，往往需要将多个LED按照需求排列组合起来。LED在应用中的配置形势及特点LED电源技术1串联常见的连接形式简单串联带并联稳压管的串联LED电源技术2并联常见的连接形式简单并联独立匹配并联LED电源技术3混联常见的连接形式先串后并先并后串LED电源技术常见的连接形式连接形式优点缺点串联简单串联电路简单，LED电流相同，亮度一致可靠性不高，驱动器输出电压高带旁路串联电路简单，可靠性高，LED电流相同，亮度一致元器件数量增加，体积大，成本高并联简单并联电路简单，驱动电压低均流问题独立匹配并联可靠性好，单个LED保护完善电路复杂，体积大，成本高，不适应LED多的场合混联先并后串可靠性较高，总体效果较高，适用范围较广电路复杂，并联的单个LED或LED串需解决均流问题先串后并LED电源技术LED的原始电源不外乎两种：一是电池，二是市电。但提供给用户或者产品的供电模式有五种；低压直流：电池、低压电源；高压直流：高压电源；低压高频交流：电子变压器等；高压低频交流：市电；低压低频交流：LED电源输入LED电源技术直流输入方式下的LED驱动技术一、线性稳压器传统线性稳压器LDO稳压器二、开关型DC/DC变换器降压(Buck)变换器升压(Boost)变换器降压-升压(Buck-Boost)变换器LED电源技术•线性稳压器普通线性稳压器特点：输入输出电压之差一般要求为4-6V，导致电源效率底下。如右图，Pic=(17-9)V*350mA=2.8WPR1=0.35*0.35*5.7=0.7W效率=Pled/(Pic+PR1+Pled)=0.43直流输入线性稳压器LED电源技术•线性稳压器LDO稳压器针对传统线性稳压器存在的问题，低压差降落（LowDropOut）集成稳压器发展迅速，所谓低压差是指输入输出电压之差比传统线性稳压器要小得多，所以效率远远优于传统线性稳压器，因此在便携式电子产品和电池供电的电源系统中大量使用。直流输入线性稳压器LED电源技术•开关型DC/DC变换器开关型DC/DC变换器按照输入输出电压的不同分为三种：降压(Buck)变换器升压(Boost)变换器降压-升压(Buck-Boost)变换器直流输入开关型DC/DC变换器LED电源技术•升压变换器原理当控制器驱动S导通时，D截止，L中的电流不能突变，只能从零开始缓慢线性增加，并且电源在L中储存能量夕咆流通过L和S返回到电源负端。在此过程中，输出电容C给负载供电S截止时，L上的感应电动势(左负右正)使D正向偏置而导通，L释放所储存的能量，电流逐渐减小。在此过程中，电感器L中的储能与顺极性的输入电压共同给负载供电，同时对C1进行充电.直流输入开关型DC/DC变换器LED电源技术•升压型LED驱动器直流输入开关型DC/DC变换器LED电源技术市电供电下的LED驱动目前LED在应用中大多利用交流市电电源供电。由于LED要求在直流低电压下工作，采用市电电源供电，则需要通过适当的电路拓扑将其转换为符合LED工作要求的直流电源。非隔离：是指在负载端和输入端有直接连接，触摸负载有触电的危险电容降压高压芯片恒流隔离：隔离是指在输出端和输入端有隔离变压器，安全性大大好于非隔离变压器降压PWM式恒流LED电源技术电容降压简易电源的基本电路如图。C1为降压电容器，同时具有限流作用，D3是稳压二极管，R1为关断电源后C1的电荷泄放电阻。112/CPIfVIACACC通过C1的电流IC1为：220V，50Hz条件下，1169CIC市电输入非隔离电容降压LED电源技术电容降压简单应用电路市电输入非隔离电容降压LED电源技术电容降压LED驱动电路的特点电容降压电路的优点是体积小、成本低，缺点是带负载能力有限，效率不高，输出电压随电网波动而变化，使LED亮度不稳定，所以只能应用于对LED亮度及精度要求不高的场合。市电输入非隔离电容降压LED电源技术原理分析：以9910为例,就是在电源工作的原边回路,设定一个电流阀值,当原边MOS导通,此时电感的电流是线性上升的,当上升到一定值的时候,达到这个阀值,就关断电流,下一周期再由触发电路触发MOS导通.市电输入非隔离高压芯片恒流LED电源技术高压芯片恒流电路特点电路简单，所需元器件少，但恒流精度不高，一旦失控，会烧毁LED灯串。市电输入非隔离高压芯片恒流LED电源技术变压器降压LED驱动电路1、变压器降压整流滤波2、采用线性稳压器的变压器降压3、采用集成电流源的LED驱动电路变压器降压和全波整流、电容滤波LED驱动电路市电输入隔离变压器降压LED电源技术变压器降压LED驱动电路特点采用工频变压器，转换效率低，另外限流电阻上消耗功率较大，电源效率很低。市电输入隔离变压器降压LED电源技术PWM控制方式开关电源主要有四个部分组成，输入整流滤波、输出整流滤波、PWM控制单元，开关能量转换。市电输入隔离PWM控制方式开关电源LED电源技术PWM控制方式开关电源特点：效率高，一般可达80-90%，输出电压、电流稳定，可加入各种保护，属于可靠性电源。是比较理想的LED电源市电输入隔离PWM控制方式开关电源LED电源设计要点根据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点•高可靠性：特别是对LED路灯的驱动电源，安装在高空中，维修不方便成本也高；•高效率：LED是节能产品，电源的效率要高，特别是对于安装在灯具内部的电源更为重要，因为LED的发光效率随LED温度的升高而降低。电源效率越高，损耗越少，在灯具内发热量小，可以降低灯具内温升，对延缓LED光衰有利；LED电源设计要点•功率因数：功率因数是电网对于负载的要求，一般70W以下的电器没有功率因数的要求，小功率的低功率因数负载大量同时使用的话，会对电网造成较严重的污染；•驱动方式：主要有两种，一个是多路恒流，一个恒压源供多个恒流，每个恒流源给一路LED串供电；还有一个是直接恒流，LED串联或者并联运行。LED电源设计要点•浪涌保护：浪涌电流是指电网中出现的短时间象“浪”一样的高电压引起的大电流。当某些大容量的电气设备接通或断开时间，由于电网中存在电感，将在电网产生“浪涌电压”，从而引发浪涌电流。LED由于本身特性的原因，抗浪涌能力较差，特别是反向抗压能力，因此加入浪涌保护电路非常必要。•保护电路：除常规的欠压保护、过压保护、过流保护外，最好加入温度反馈电路，因为LED温升对寿命及发光效率都有影响，防止LED温度过高对LED寿命及延长光衰有利。LED电源设计要点•符合安规及电磁兼容的要求安规就是安全规范，目前是指电子产品在设计中必须保持和遵守的规范。安规的特点是：安规强调对使用和维护人员的保护，是我们使用电子产品方便同时，不让电子产品给我们带来危险，同时允许设备部分或全部功能丧失。安规是使用安全规范来考虑电子产品，使产品更加安全。电磁兼容（英文:ElectromagneticCompatibility，简称EMC）是在电学中研究意外电磁能量的产生、传播和接收，以及这种能量所引起的有害影响。电磁兼容的目标是在相同环境下，涉及电磁现象的不同设备都能够正常运转，而且不对此环境中的任何设备产生难以忍受的电磁干扰之能力。LED电源设计要点在设计LED日光灯电源以前，应了解LED本身结构及日光灯结构特点：1、LED的工作电流：一般LED的额定工作电流20毫安，设计20毫安时，实际上工作发热很严重，经多次对比试验，设计成16-18毫安是比较理想的。N路并联的总电流=17*N2、LED的工作电压：一般LED的推荐工作电压是3.0-3.5V，在估计LED灯串电压时，一般取单颗为3.125V。M个灯珠串联的总电压=3.125*M3、LED日光灯电源与灯板的匹配：首先考虑设计电源，再设计灯板，使灯板能够最大限度的发挥电源的效率。LED日光灯电源设计要点LED日光灯电源设计要点4、LED灯板的串并联与宽电压的关系：要使LED日光灯工作在输入电压范围比较宽的范围AC85-265V，则灯板的LED串并联方式很重要。对非隔离的降压式电源，在要求宽电压时，输出电压不要超过72V，输入电压范围是可以到达85-265V的。也就是说，串联数不超过24串。并联数不要太多，否则工作电流太大，发热严重，推荐为6并/8并/12并。总电流不超过240毫安为好LED日光灯电源设计要点LED日光灯电源设计要点5、LED日光灯电源的功率因数校正电路（PFC电路）功率因数：又称为功率因子，英文缩写PF(PowerFactor),是有功功率与视在功率的比值。功率因数在一定程度上反映了发电机容量得以利用的比例，是合理用电的重要指标。目前LED日光灯电源PFC电路主要有三种：一无PFC电路，PF值一般为0.65左右；二无源PFC（填谷式），与灯管匹配的好的话，一般可以达到0.92三有源PFC，采用专用芯片，PF值可达0.99，但价格翻一倍，所以采用第二种方案的比较多。LED日光灯电源设计要点LED日光灯电源设计要点C1和D1组成半桥的一臂，C2和D3组成半桥的另一臂，D2和R1组成充电连接通路，利用填谷原理进行补偿。滤波电容C1和C2相串联，电容上的电压最高充到输入电压的一半(VAC/2)，一旦线电压降到VAC/2以下，二极管D1和D3就会被正向偏置，这样使C1和C2开始并联放电。采用这个电路后，系统的功率因数从0.6提高到0.88～0.9，但很难超过0.92，因为输入电压和电流之间还存在大约60度的死区。LED日光灯电源设计要点无源PFC（填谷式）LED日光灯电源设计要点6、LED灯板的串并联与宽电压及功率因数的关系：对