LED驅(qū)動(dòng)電源基礎(chǔ)知識(shí)

1、 研發(fā)部:邱建文 主要內(nèi)容概括: 1:LED驅(qū)動(dòng)電源的重要性 2:LED驅(qū)動(dòng)的技術(shù)方案 3:LED與LED驅(qū)動(dòng)電源的匹配 4:LED驅(qū)動(dòng)電源使用中應(yīng)注意的問(wèn)題 1 1: :LEDLED驅(qū)動(dòng)電源的重要性驅(qū)動(dòng)電源的重要性 接觸過(guò)LED的人都知道：由于LED正向伏安特性非常陡 圖1.1（正向動(dòng)態(tài)電阻非常?。oLED正常供電就比較困難。不能像普通白熾燈一樣，直接用電壓源供電，否則電壓波動(dòng)稍增，電流就會(huì)增大到將LED燒毀的程度。為了穩(wěn)定LED的工作電流，保證LED能正?？煽康毓ぷ?，具有”鎮(zhèn)流功能”的各種各樣的LED驅(qū)動(dòng)電路就應(yīng)運(yùn)而生。最簡(jiǎn)單的是串聯(lián)一只鎮(zhèn)流電阻，而比較復(fù)雜的是用許多電子元件構(gòu)成的“恒

2、流驅(qū)動(dòng)器”。 圖1圖1.1 2 2 : : LEDLED驅(qū)動(dòng)的技術(shù)方案驅(qū)動(dòng)的技術(shù)方案一一 鎮(zhèn)流電阻方案鎮(zhèn)流電阻方案 此方案的原理電路圖見(jiàn)圖1。這是一種極其簡(jiǎn)單，自LED面世以來(lái)至今還一直在用的經(jīng)典電路。LED工作電流I按下式計(jì)算： （1）I與鎮(zhèn)流電阻R成反比；當(dāng)電源電壓U上升時(shí)，R能限制I的過(guò)量增長(zhǎng)，使I不超出LED的允許范圍。此電路的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，成本低；缺點(diǎn)是電流穩(wěn)定度不高；電阻發(fā)熱消耗功率，導(dǎo)致用電效率低，僅適用于小功率LED范圍。一般資料提供的鎮(zhèn)流電阻R的計(jì)算公式是： (2) 按此公式計(jì)算出的R值僅滿足了一個(gè)條件：工作電流I 。而對(duì)驅(qū)動(dòng)電路另兩個(gè)重要的性能指標(biāo)：電流穩(wěn)定度和用電效率，則全

3、然沒(méi)有顧及。因此用它設(shè)計(jì)出的電路，性能沒(méi)有保證。 二二 鎮(zhèn)流電容方案鎮(zhèn)流電容方案 電路的工作是基于在交流電路中，電容存在容抗XC也有”鎮(zhèn)流作用”的原理。另外電容消耗無(wú)功功率，不發(fā)熱；而電阻則消耗有功功率，會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，所以鎮(zhèn)流電容比鎮(zhèn)流電阻，能節(jié)省一部分電能，并能設(shè)計(jì)成將LED燈直接接到市電220V上，使用更為方便。 此方案的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，成本低，供電方便；缺點(diǎn)是電流穩(wěn)定度不高，效率也不高。僅適用于小功率LED范圍。當(dāng)LED的數(shù)量較多，串聯(lián)后LED支路電壓較高的場(chǎng)合更為適用。 三三 線性恒流驅(qū)動(dòng)電路線性恒流驅(qū)動(dòng)電路 上面已經(jīng)提到電阻、電容鎮(zhèn)流電路的缺點(diǎn)是電流穩(wěn)定度低（I/I達(dá)2050），用

4、電效率也低（約5070），僅適用于小功率LED燈。 為滿足中、大功率LED燈的供電需要，利用電子技術(shù)常見(jiàn)的電流負(fù)反饋原理，設(shè)計(jì)出恒流驅(qū)動(dòng)電路。和直流恒壓電源一樣，按其調(diào)整管是工作在線性，還是開(kāi)關(guān)狀態(tài)，恒流驅(qū)動(dòng)電路也分成兩類：線性恒流驅(qū)動(dòng)電路和開(kāi)關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)電路。 圖4是最簡(jiǎn)單的兩端線性恒流驅(qū)動(dòng)電路。它借用三端集成穩(wěn)壓器LM337組成恒流電路，外圍僅用兩個(gè)元件：電流取樣電阻R和抗干擾消振電容C 。 四四 開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路上述線性恒流驅(qū)動(dòng)電路雖具有電路簡(jiǎn)單、元件少、成本低、恒流精度高、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，但使用中也發(fā)現(xiàn)幾點(diǎn)不足：a、調(diào)整管工作在線性狀態(tài)，工作時(shí)功耗高發(fā)熱大（特別是工作壓差

5、過(guò)大時(shí)），不僅要求較大尺寸的散熱器，而且降低了用電效率。b、電源電壓要求按公式（13）與LED工作電壓嚴(yán)格匹配，不允許大范圍改變。也就是說(shuō)它對(duì)電源電壓及LED負(fù)載變化的適應(yīng)性差。c、它僅能工作在降壓狀態(tài)，不能工作在升壓狀態(tài)。即電源電壓必須高于LED工作電壓。d、供電不太方便，一般要配開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，不能直接用220V供電。 TTVTVVEMC filter 整流器（Rectifier切換開(kāi)關(guān)（MOS）脈寬調(diào)制器（PWM） 隔離變壓器（Transformer）濾波電路 回授（Feedback） 整流器（Rectifier）濾波 電路AC inDC out輸入整流:將正負(fù)變化的交流電變成單向變化的直

6、流電濾波:將變化的電壓波形平滑成波動(dòng)較小的直流電壓波形變壓器:儲(chǔ)存能量,產(chǎn)生需要的輸出電壓.原、副邊隔離。輸出穩(wěn)壓:穩(wěn)定輸出電壓取樣反饋:將輸出電壓的變化反映到控制電路,以便采取相應(yīng)的措施保證輸出電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)PWM+開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān):控制電路控制電路, ,根據(jù)反饋回來(lái)的信號(hào)控制變壓器儲(chǔ)存能量的多少根據(jù)反饋回來(lái)的信號(hào)控制變壓器儲(chǔ)存能量的多少, ,從從而保證輸出的穩(wěn)定而保證輸出的穩(wěn)定 （1）恒壓式：a、當(dāng)穩(wěn)壓電路中的各項(xiàng)參數(shù)確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化；b、恒壓電路不怕負(fù)載開(kāi)路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全短路。c、 以穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED，每串需要加上合適的電阻方可使每串L

7、ED顯示亮度平均；d、 亮度會(huì)受整流而來(lái)的電壓變化影響。 采用開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn):效率高，一般可以做到80%90%，輸出電壓、電流穩(wěn)定。輸出紋波小。且這種電路都有完善的保護(hù)措施，屬高可靠性電源。LED驅(qū)動(dòng)電源主要有恒壓式和恒流式 1）恒流式：a、 恒流驅(qū)動(dòng)電路輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化，負(fù)載阻值小，輸出電壓就低，負(fù)載阻值越大，輸出電壓也就越高；b、 恒流電路不怕負(fù)載短路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全開(kāi)路。c、 恒流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED是較為理想的，但相對(duì)而言價(jià)格較高。d、 應(yīng)注意所使用最大承受電流及電壓值，它限制了LED的使用數(shù)量；開(kāi)關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)電路開(kāi)關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)

8、電路 恒流源和恒壓源不同之處就是恒流的那部分電路。 恒流部分：它主要由T1、R8、R9、R5組成。三級(jí)管的導(dǎo)通電壓0.7V是已知量。R8阻值也是已知量，當(dāng)電路開(kāi)始工作后，只要R8和流過(guò)R8的電流乘積大于0.7V，三極管開(kāi)始工作,電路就進(jìn)入恒流工作。 LED與LED驅(qū)動(dòng)電源的匹配我們已經(jīng)很清楚的知道LED驅(qū)動(dòng)電源只有兩種方式： 恒流式：電流不變電壓在一定范圍內(nèi)變化(隨負(fù)載變化) 恒壓式：電壓不變電流在一定范圍內(nèi)變化(隨負(fù)載變化)而LED燈配合的方式有三種：串聯(lián)式， 并聯(lián)式，串并混聯(lián)式。 串聯(lián)式：串聯(lián)式： 要求LED驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓。當(dāng)LED的一致性差別較大時(shí)，分配在不同的LED兩端電壓不同，

9、通過(guò)每顆LED的電流相同，LED的亮度一致。 當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良短路時(shí)，如果采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電壓不變，那么分配在剩余的LED兩端電壓將升高，驅(qū)動(dòng)器輸 出電流將增大，導(dǎo)致容易損壞余下所有LED。如采用恒流式LED驅(qū)動(dòng)，當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良短路時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，不影響余下所有LED 正常工作。當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良斷開(kāi)后，串聯(lián)在一起的LED將全部不亮。解決的辦法是在每個(gè)LED兩端并聯(lián)一個(gè)齊納管，當(dāng)然齊納管的導(dǎo)通電壓需要比LED的導(dǎo)通電壓高，否則LED就不亮了。 并聯(lián)式：并聯(lián)式： 要求LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流，負(fù)載電壓較低。分配在所有LED兩端電壓相同，當(dāng)LED的

10、一致性差別較大時(shí)，而通過(guò)每顆LED的電流不一致，LED的亮度也不同?？商暨x一致性較好的LED，適合用于電源電壓較低的產(chǎn)品 當(dāng)某一個(gè)顆LED品質(zhì)不良斷開(kāi)時(shí)，如果采用恒壓式LED驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將減小，而不影響余下所有LED正常工作。如果是采用 恒流式LED驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，分配在余下LED電流將增大，導(dǎo)致容易損壞所有LED。解決辦法是盡量多并聯(lián)LED，當(dāng)斷開(kāi)某一顆LED 時(shí)，分配在余下LED電流不大，不至于影響余下LED正常工作。所以功率型LED做并聯(lián)負(fù)載時(shí)，不宜選用恒流式驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良短路時(shí)，那么所有的LED將不亮，但如果并聯(lián)LED數(shù)量較多，通過(guò)短路的LED

11、電流較大，足以將短路的LED燒成斷路。 串并混聯(lián)方式串并混聯(lián)方式 在需要使用比較多LED的產(chǎn)品中，如果將所有LED串聯(lián)，將需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓。如果將所有LED并聯(lián)，則需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流。 將所有LED串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制著LED的使用量，而且并聯(lián)LED負(fù)載電流較大，驅(qū)動(dòng)器的成本也會(huì)大增。解決辦法是采用混聯(lián)方式。串并聯(lián)的LED數(shù)量平均分配，分配在一串LED上的電壓相同，通過(guò)同一串每顆LED上的電流也基本相同，LED亮度一致。同時(shí)通過(guò)每串LED的電流也相近。當(dāng)某一串聯(lián)LED上有一顆品質(zhì)不良短路時(shí)，不管采用恒壓式驅(qū)動(dòng)還是恒流式驅(qū)動(dòng)，這串LED相當(dāng)于少了一顆LED，通過(guò)這串LE

12、D的電流將大增，很容易就會(huì) 損壞這串LED。大電流通過(guò)損壞的這串LED后，由于通過(guò)的電流較大，多表現(xiàn)為斷路。斷開(kāi)一串LED后，如果采用恒壓式驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將減小，而不 影響余下所有LED正常工作。如果是采用恒流式LED驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，分配在余下LED電流將增大，導(dǎo)致容易損壞所有LED。解決辦法是盡量多并聯(lián)LED，當(dāng)斷開(kāi)某一顆LED時(shí)，分配在余下LED電流不大，不至于影響余下LED正常工作。 混聯(lián)方式還有另一種接法，即是將LED平均分配后，分組并聯(lián)，再將每組串聯(lián)一起。 當(dāng)有一顆當(dāng)有一顆LEDLED品質(zhì)不良短路時(shí)，不管采用品質(zhì)不良短路時(shí)，不管采用恒恒壓式驅(qū)動(dòng)還是恒流式驅(qū)動(dòng)壓

13、式驅(qū)動(dòng)還是恒流式驅(qū)動(dòng)，并聯(lián)在這一路的，并聯(lián)在這一路的LEDLED將全部不亮，如果是采用恒流式將全部不亮，如果是采用恒流式LEDLED驅(qū)動(dòng)，由驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，除了并聯(lián)在短路于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，除了并聯(lián)在短路LEDLED的這一并聯(lián)支路外的這一并聯(lián)支路外，其余的，其余的LEDLED正常工作。假設(shè)并聯(lián)的正常工作。假設(shè)并聯(lián)的LEDLED數(shù)量較多，驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電數(shù)量較多，驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流較大，通過(guò)這顆短路的流較大，通過(guò)這顆短路的LEDLED電流將增大，大電流通過(guò)這顆短路的電流將增大，大電流通過(guò)這顆短路的LEDLED后，很容易就變成斷路。由于并聯(lián)的后，很容易就變成斷路。由于并聯(lián)的LE

14、DLED較多，斷開(kāi)一顆較多，斷開(kāi)一顆LEDLED的的這一并聯(lián)支路，平均分配電流不大，依然可以正常工作，哪么這一并聯(lián)支路，平均分配電流不大，依然可以正常工作，哪么 整個(gè)整個(gè)LEDLED燈，僅有一顆燈，僅有一顆LEDLED不亮。不亮。 如果采用恒壓式驅(qū)動(dòng)，如果采用恒壓式驅(qū)動(dòng)，LED品質(zhì)不良短路瞬間，負(fù)載相當(dāng)少并聯(lián)品質(zhì)不良短路瞬間，負(fù)載相當(dāng)少并聯(lián)一路一路LED，加在其余，加在其余LED上的電壓增高，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將大增，極上的電壓增高，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將大增，極有可能立刻損壞所有有可能立刻損壞所有 LED，幸運(yùn)的話，只將這顆短路的幸運(yùn)的話，只將這顆短路的LED燒成斷路燒成斷路，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將恢復(fù)正常

15、，由于并聯(lián)的，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將恢復(fù)正常，由于并聯(lián)的LED較多，斷開(kāi)一顆較多，斷開(kāi)一顆LED的這一并聯(lián)支路，平均分配電流不大，的這一并聯(lián)支路，平均分配電流不大， 依然可以正常工作，哪么整個(gè)依然可以正常工作，哪么整個(gè)LED燈，也僅有一顆燈，也僅有一顆LED不亮不亮 通過(guò)對(duì)以上分析可知，驅(qū)動(dòng)器與負(fù)載LED串并聯(lián)方式搭配選擇是非常重要的，恒流式驅(qū)動(dòng)功率型LED是不適合采用并聯(lián)負(fù)載的，同樣的，恒壓式LED驅(qū)動(dòng)器不適合選用串聯(lián)負(fù)載。 工程中的簡(jiǎn)易計(jì)算方法例：SLT5-12VC 額定輸出功率為5W電源，輸出電壓12V ，白光LED額定正向電壓3.3V，耗散功率為65mW，可配置多少個(gè)LED？（1）計(jì)算每條支

16、路的LED個(gè)數(shù)： 3.3V 3 =9.9V65mW 3.3V =20mA （12V - 9.9V） 20mA = 105 （2）計(jì)算并聯(lián)支路數(shù) ：5W （65mW 3 + 20mA 20mA 105 ） = 21（3）總共可以接多少個(gè)LED：21 3 =63個(gè)（串并混聯(lián)） 例：SLT10-350IF一個(gè)額定輸出電流為DC 0.35A，額定功率為10W電源，耗散功率為65mW，正向電為0.02A的白光LED，可怎樣配置？（1）計(jì)算每條支路的LED個(gè)數(shù)：10W 0.35A = 28.6V 65mW 0.02A =3.25V 28.6V 3.25V =8（2）計(jì)算并聯(lián)支路數(shù) ：0.35A 0 . 0

17、2 =18（3）總共可以接多少個(gè)LED：8 18=144個(gè)（串并混聯(lián)） 4:LED驅(qū)動(dòng)電源使用中應(yīng)注意的問(wèn)題A. LEDA. LED降額使用。降額使用。 B. 使用線性恒流驅(qū)動(dòng)器，特別注意其工作壓差。使用線性恒流驅(qū)動(dòng)器，特別注意其工作壓差。C. 隔離式開(kāi)關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)器次級(jí)輸出電源不宜懸空，負(fù)極應(yīng)接隔離式開(kāi)關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)器次級(jí)輸出電源不宜懸空，負(fù)極應(yīng)接 地。地。D. D. 對(duì)開(kāi)關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)器，要嚴(yán)格遵守：先接好對(duì)開(kāi)關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)器，要嚴(yán)格遵守：先接好LEDLED燈，再接通驅(qū)燈，再接通驅(qū)動(dòng)器電源的操作順序。動(dòng)器電源的操作順序。 如果相反操作，在接通如果相反操作，在接通LEDLED燈瞬間，將會(huì)有極大的沖擊電流燈

18、瞬間，將會(huì)有極大的沖擊電流通通LEDLED燈，威脅燈，威脅LEDLED燈的使用安全。燈的使用安全?，F(xiàn)以圖現(xiàn)以圖1010電路為例，對(duì)電路為例，對(duì)此沖擊電流值作一下計(jì)算，并對(duì)其產(chǎn)生原因作一次分析。此沖擊電流值作一下計(jì)算，并對(duì)其產(chǎn)生原因作一次分析。 我們公司針對(duì)瞬間電流沖擊問(wèn)題研究了新型的解決方案，在輸出端加入限流電路，主要有兩種實(shí)現(xiàn)方案。 a、串聯(lián)連接方式，將多余部分的能量消耗在限流電路內(nèi)部。通過(guò)將多余的能量堵在負(fù)載之前，保證在連接開(kāi)關(guān)閉合的瞬間流過(guò)LED燈負(fù)載上的電流在LED燈所允許的電流范圍之內(nèi)。 b、并聯(lián)連接方式，同樣也是將多余部分的能量消耗在限流電路內(nèi)部。通過(guò)將多余的能量引到限流電路上，保

19、證流過(guò)LED燈上的電流在LED燈的安全電流范圍之內(nèi) R2C3R6R7N2AN3R8R9C7R1R5D3S1loadQ1Q2a、串聯(lián)連接電路 串聯(lián)限流電路: :配置在高頻濾波電容(C3)和恒流回路之間，在一個(gè)橫向分支上包含一個(gè)NPN型晶體管(Q1)的集電極發(fā)射極通道和與這個(gè)集電極發(fā)射極通道串聯(lián)的限流電阻(R1)。集電結(jié)偏置電阻(R5)連接到NPN型晶體管(Q1)的集電極與基極之間。NPN型晶體管(Q2)的基極連接到NPN型晶體管(Q1)的發(fā)射極上，NPN型晶體管(Q2)的集電極與NPN型晶體管(Q1)的基極相連，NPN型晶體管(Q2)的發(fā)射極連接到限流電阻(R1)的一端。同時(shí)該限流電路可以串接在恒流電阻(R2)和限壓回路之間，還可以串接在限壓回路和連接開(kāi)關(guān)(S1)之間，也可以串接在負(fù)載和