《LED照明電源電路設計問答精粹》

1、隨著社會的不斷發(fā)展，節(jié)能減排成為社會共識。高亮度，低能耗，長壽命、安全環(huán)保等特性，使 LED 照明被認為是取代傳統(tǒng)光源的全新照明技術。正是看好這一領域商機， 國內眾多企業(yè)紛紛進入 LED 照明市場。 為了幫助大家提高 LED 電源設計技術，我們邀請行業(yè)專家，在論壇開辟了 LED 照明電源驅動方案設計和應用專區(qū)，講解 LED 照明電源驅動方案設計和應用技術， 并解答網友相關疑問。在該論壇專區(qū)開辟以來， LED 照明電源工程師與專家就實際設計中遇到問題進行了探討交流，例如隔離型與非隔離型方案的選擇； LED 日光燈明暗不均的原因； LED 燈閃爍的問題；以及深圳成立 LED 產業(yè)標準聯盟的實際意義

2、的討論。為方便深入了解這些討論， 現將部分精彩回答整理如下， 更多詳細內容請登陸 電子元件技術網專家論壇LED 驅動方案選型討論1. LED 驅動 IC 特點與選擇網友提問：LED 驅動必須用專用 LED 驅動 IC 嗎？與普通 IC 相比有何優(yōu)缺點呢？專家回復： LED 驅動專用 IC 的優(yōu)點是 Vin 寬、輸出電流大、恒流精度高、采用抖頻可有效降低 EMI 。LED 驅動用恒流源主要是保證 LED 在發(fā)光的工作時間段光線亮度一致、 不閃爍。低價手機用 LDO 來驅動背光的 LED 也是常用的，只是電源的利用率不高， 好在大多手機設計鋰電池電壓降致 3.3V 時關機。 LED 照明燈具用 L

3、DO 來驅動就不是好方法了， LDO 不能恒流。網友提問： 那么國產和外國 LED 驅動 IC 又該怎樣選擇？專家回復： LED 驅動 IC 很多，性價比各不相同，關鍵看設計產品的目標價位是多少，如求競爭能力和較多利潤，本土 IC 產品也不錯。2. LED驅動電源選擇和設計問題網友提問：選擇和設計LED驅動電源時要考慮哪些問題專家回復： LED 驅動電源是把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動LED 發(fā)光的電壓轉換器，通常情況下：LED 驅動電源的輸入包括市電、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流等。 而 LED 驅動電源的輸出則大多數為可隨LED 正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。根據電網的用

4、電規(guī)則和 LED 驅動電源的特性要求， 在選擇和設計 LED 驅動電源時要考慮以下問題。a高可靠性 特別像 LED 路燈的驅動電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費也大。b高效率 電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩 LED 的光衰有利。c驅動方式 現在通行的有兩種：其一是一個恒壓源供多個恒流源，每個恒流源單獨給每路 LED 供電。另一種是直接恒流供電， LED 串聯或并聯運行。怎樣選擇啟動方式要根據實際需要。 多路恒流輸出供電方式， 在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。d浪涌保護 LED 抗浪涌的能力是比較差的， 特別是抗反向電壓能力。 由

5、于電網負載的啟甩和雷擊的感應， 從電網系統(tǒng)會侵入各種浪涌， 有些浪涌會導致 LED 的損壞。因此 LED 驅動電源要有抑制浪涌的侵入，保護 LED 不被損壞的能力。e其他要素，如，提高電源功率因數；增加 LED 溫度負反饋功能；外部防護方面，要防水、防潮，外殼要耐曬；驅動電源的壽命要與 LED 的壽命相適配；要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。3. LED 驅動 IC 發(fā)展方向專家講解 ： 照明用 LED 驅動 IC 發(fā)展方向LED 光源是一種長壽命光源，理論壽命可達 50000 小時，但是應用電路設計不合理、電路元器件選用不當、 LED 光源散熱不好，都會影響它的使用壽命。特別是在應用電路里，作為

6、AC/DC 整流橋的輸出濾波器的電解 電容器，它的使用壽命在 5000 小時以下，這就成了制造長壽命 LED 燈具技術的攔路虎，設計生產可以在應用電路里省去 電解電容 器的新一代 LED 驅動 IC 是可行的解決方案 .此外，對新一代 LED 驅動 IC 的設計必須打破傳統(tǒng)的 DC/DC 拓撲結構設計理念，如采用恒功率、 不采用磁滯控制的降壓型而采用定頻定電流控制、 解決使用鹵素燈電子變壓器所產生的燈源閃爍和多燈并聯不亮問題等等；還必須解決LED 驅動 IC 在多種應用電路中能過 EMC 、安規(guī)、CE、UL 等認證；應用電路力求簡潔、使用元器件少也是客戶降低成本所夢寐以求， 和市場競爭所必須的

7、； 隔離與非隔離的應用歷來是商家在安全與效率之爭焦點；提高 PWM 控制器的占空比等等。0.5W-3W 的 LED 光源與 LED 驅動 IC 集成在一個 CMC 封裝內的新一代芯片已經小批量生產，顯示 LED 驅動 IC 正在向高度集成化的多芯片發(fā)展；可用交流電（ AC ）直接驅動發(fā)光的新一代、特殊拓撲結構生產技術的日趨成熟，將開創(chuàng) LED 照明技術的又一新紀元。CMC 封裝方向AC LED 光源4. 隔離型與非隔離型驅動方案比較網友提問： 目前在以市電為輸入電源的 LED 驅動方案中，隔離型與非隔離型兩種驅動方案相比較各自有何優(yōu)缺點？如何選用專家回復： 總的來說，隔離型驅動安全但效率較低，

8、非隔離型驅動效率較高，應按實際使用的要求來選隔離型還是非隔離型驅動。就電路結構而言：目前的隔離型方案多是 AC/DC 的反激式 (Flyback) 電路方案，因此相對電路較復雜、成本較高。非隔離型基本是采用 DC/DC 的升壓（ Boost ）或降壓（ Buck ）電路，則相對電路較簡單，因而成本也相對較低。恒流精度：隔離型可以做到±5% 以內，而非隔離型則很難做到。在應用領域：目前在以市電為輸入電源的 LED 燈具中（特別是驅動與光源一體的燈具），本著安全第一的原則，基本已不再采用非隔離型方案。但也有例外， LED 日光燈管由于受到結構和空間的制約，仍還用非隔離型方案。在低壓供電的

9、 LED 燈具中，以效率和成本優(yōu)先的原則，非隔離型方案是最佳的選擇。5. AC 直接驅動的 LED 技術網友提問：用 AC 直接驅動的 LED 技術是怎么回事？專家回復： AC LED 光源是將一堆 LED 微小晶粒采用交錯的矩陣式排列工藝均分為五串， AC LED 晶粒串組成類似一個整流橋，整流橋的兩端分別聯接交流電源，另兩端聯接一串LED 晶粒，交流電的正半周沿藍色通路流動，3 串 LED 晶粒發(fā)光，負半周沿綠色通路流動，又有3 串 LED 晶粒發(fā)光，四個橋臂上的LED晶粒輪番發(fā)光， 相對橋臂上的LED 晶粒同時發(fā)光， 中間一串 LED 晶粒因共用而一直在發(fā)光。在60Hz 的交流電中會以每

10、秒60 次的頻率輪替點亮。整流橋取得的直流是脈動直流， LED 的發(fā)光也是閃動的， LED 有斷電余輝續(xù)光的特性，余輝可保持幾十微秒，因人眼對流動光點記憶是有惰性的，結果人眼對 LED 光源的發(fā)光 +余輝的工作模式解讀是連續(xù)在發(fā)光。 LED 有一半時間在工作，有一半時間在休息，因而發(fā)熱得以減少 40-20% 。因此 AC LED 的使用壽命較 DC LED 長。 AC LED 成熟的產品如首爾用于 AC110C 的 AX3201 、 AX3211 和用于 220V 的 AX3221 、AX3231 。工程師 LED 驅動電路設計問題解答1. LED 驅動電路工作原理網友提問： 這份 LED 驅

11、動電路中各元件分別起什么作用？是如何工作的？專家回復： 上圖是驅動 3 顆 1W 白光 LED 的電原理圖，它是 1224V 電壓范圍里交直流兩用的。D1D4 組成整流橋，這個橋有兩個功能，在輸入是交流電源的時候，把交流整流成直流；在輸入是直流電源的時候， 起極性轉換作用， 無論輸入電源的極性如何，都能保證電路正常工作。CIN 是濾波電容，把脈沖直流變換成平滑的直流。 RS 是取樣電阻，它決定恒流源的絕對精度。 L 是整流電感，把 100KHz 的脈沖電流變換成三角波電流， L 的電感量會影響工作電壓范圍內恒流源的穩(wěn)定性。D5 是續(xù)流二極管，在晶片內部 MOS 管處于截止狀態(tài)時為儲存在電感中的

12、電流提供放電回路。由于工作在高頻脈沖狀態(tài)， D5 應選用正向壓降小，恢復速度快的肖特基二極體。芯片的 DIM 端可外接 PWM 脈沖或直流電壓調光，也可以接 熱敏電阻 作輔助溫度控制和自動亮度控制。如果不用這些功能， DIM 端懸空。2. LED 日光燈明暗不均如何解決？網友提問： 23 串 12 并，恒流電源， 線路板上有明顯的明暗不均現象，測得電壓在 3.02-3.08 之間，單顆燈試 ,3.1v 時暗區(qū)的電流為 10-15ma 亮區(qū)在 20ma 左右 ，請教這是怎么回事？專家回復： 可能是 PCB 布線不好，活著鋁基 PCB 板有漏電，可用分段割斷的方法來尋找，只是比較費時罷了。 0.0

13、6W 的 LED 光源，理論工作電流是 20mA ，一般做燈具為防 LED 早衰，可設計在 15-18mA 。3. PWM 恒流 LED 驅動芯片設計日光燈電源問題網友提問： 最近在用一款PWM 恒流 LED 驅動芯片做日光燈電源 , 出現以下問題 :a, 恒流源不恒流 ,在輸入 80V-250V 電壓變化過程中 ,電流先增大 ,后減小 ,且變化范圍比較大 ,電感換過很多個 (電感都是自制 ,從 500uH-3mH), 問題依舊b,使用的 MOS 管是 5N5001, 測試 DS 兩端電壓 ,在輸入 150V 左右時 ,數字萬用表開始亂跳 .專家回復：a. PWM LED 驅動 IC 組成的

14、LED 日光燈電源方案在 Vin 小范圍變化時 ,對于固定負載是恒流的。 當 Vin 大幅度變化時它需要有一個響應時間， 當線路設計不好或 PCB 板設計不好時，應當在 Vin 變化時， Iout 也會有一定的變化。b. 用數字萬用表測試 DS 電壓是不合理的 ,如果想看該電壓該用示波器看。4. LED 閃爍問題網友提問： 驅動鹵素燈的時候降低電壓，鹵素燈亮度降低，沒其他變化。驅動 LED 時降低電壓， LED 在一定程度上會發(fā)生閃爍。為什么呢？專家回復：鹵素燈是純電阻負載， 因此鹵素燈電子變壓器與其配合能很好的工作。而 LED 燈具是容性阻抗 +感性阻抗的負載，鹵素燈電子變壓器接受 LED

15、燈負載時它輸出的能力會大大下降，表現為輸出電壓由 12V 驟降至 7V ，如是 8V 啟動的驅動 IC 即進入欠壓保護狀態(tài)，此時鹵素燈電子變壓器輸出電壓又升至 12V ，如此周而復始，使你見到 LED 燈在閃爍。解決方案是選用啟動電壓低于 6V 的驅動 IC。5. 水下燈應該如何設計？網友提問： 水下燈應該如何設計？有哪些問題要注意？ LED 燈珠炸是不是由沖擊電流造成的？如何解決？專家回復： 從安全的角度來說 ,水下燈要求采用低壓隔離供電，盡可能使用國際通用的 AC 36V 以下電源，因此 AC24V 、AC12V 都是可選用的標準電源。長距離送電會造成電壓下降，可增加銅線直徑來補償。此外，

16、比 DC 在線間傳輸損耗要小。AC在線間傳輸水底燈大多采用 AC24V 安全電源，因此完全可以選用 Vin=6-30V 、Iout=1.2A ，系統(tǒng)應用零部件很少的 PT4115 來做驅動電源，它用四個 肖特基二極管 做整流橋，一個濾波儲能電容器、 一個輸出電流設定電阻、 一個續(xù)流肖特基二極管和一個續(xù)流電感器。電網載荷瞬時突變會引起電流浪涌， 可在電路上加保護器件來有效抑制。 早期的 9910IC 都有 “炸燈珠 ”毛病，需要靠應用電路來改進。6. LED 亮度不均問題網友提問： 要做一款 60W 功率 LED 太陽能路燈 ,用兩個 12V 的電池組串聯儲存太陽能 (單個電池組放電電壓在 10

17、.8-15V 左右 ),路燈的供電電壓在 21.6-30V 之間 . 計劃采用用 2 個分別可以驅動 30W 的驅動單元，采用兩個 6 串 5 并的方式 .驅動器選擇可 PWM 調光的 BUCK 芯片 .但是實際出現 LED 亮度不均問題，該問題怎么解決 ?專家回復：這是一個很典型的錯誤設計。 Buck 電路僅僅在 LED 串的正向電壓低于電池電壓時才能采用，而且必須要預留一定的電壓富余量，否則即便 Buck 進入 100% 占空比狀態(tài)也不能得到設定的電流。其他建議者建議使用某種品牌的器件， 可是我們知道架構的選擇和品牌是沒有關系的，這就像物理學的基本定律的正確與否與其提出者的國籍沒有關系一樣

18、。此設計的正確選擇是采用 Buck-Boost 架構。Buck-Boost 架構的最佳應用條件是輸出電壓在輸入電壓的變化范圍之內， 但超出范圍以外時也一樣可用， 可以稱為全能型架構。關于中國 LED 產業(yè)標準缺失的探討總結話題：深圳 42 家 LED 產學研重點單位共同簽署標準聯盟協(xié)議， 標志著深圳 LED 產業(yè)標準工作啟動。然而有人懷疑，因為中國在技術標準上僅有一個成功案例（ TD-SCDMA) ，其它都在集團利益斗爭中夭折或成為怪胎。圍繞這個話題，我們展開下對 LED 技術標準的討論，行業(yè)希望產業(yè)標準聯盟做些什么？它能做到什么？網友觀點總結：對于 LED 標準對行業(yè)的影響，行業(yè)人士都持積極

19、態(tài)度，一位 LED 專家認為，這是一個非常積極的舉措。目前 LED 產業(yè)處于 “春秋戰(zhàn)國 ”時代，無標準的雜亂低級競爭對 LED 的發(fā)展是非常不利的。 深圳市政府高屋建瓴， 簽署標準聯盟協(xié)議，對促進 LED 產業(yè)標準的出臺和占領市場先機有著里程碑式的戰(zhàn)略意義！另一位 LED 行業(yè)人士也表示：沒有行業(yè)標準，將導致整個產業(yè)良莠不齊，質量低劣的產品會使整個社會對LED 照明產業(yè)產生不信任，給產業(yè)的發(fā)展帶來致命損害。LED 標準由誰來制定網友 ezcui 認為，這一事件表明了民間要求統(tǒng)一LED 標準的迫切愿望，能有效鞭策有關部門加快國家標準的制定出臺日程表。網友水手認為這一舉措重在象征意義，標準應當由國家出面制定， 要把全國的技術資源和市場資源集中起來， 才有可能成功實施。網友 Microsoft 甚至說，小打小鬧，今天訂個標準，明天就被國標推翻。對此觀點，不少網友持反對態(tài)度，網友簡單點說，深圳 LED 企業(yè)數量占全國 40% ，年產值占全國 60% 以上，在此基礎上制定標準對行業(yè)發(fā)揮有好處是肯定的。網友空中堡壘說， 深圳的標準如果成功的的引導了 LED 企業(yè)的話，那么他也許會從行業(yè)標準上升到國家標準。對此觀點，不少網友持反對態(tài)度，網友簡單點說，深圳 LED 企業(yè)數量