LED驅(qū)動(dòng)電源介紹PPT課件

1、中國(guó)計(jì)量學(xué)院目錄一、一、LEDLED及其特點(diǎn)及其特點(diǎn) 二、二、LEDLED電源技術(shù)電源技術(shù)三、三、LEDLED電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)LED及其特點(diǎn) 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)光二極管什么是什么是LEDLED及其特點(diǎn) 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的伏安特性的伏安特性LED伏安特性曲線LED及其特點(diǎn) 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(gè)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(huì)減小，而正向電流會(huì)加大。如果沒有保護(hù)電路，會(huì)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(gè)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(huì)出現(xiàn)反向擊穿，導(dǎo)致LED報(bào)廢。LED的伏安特性的伏安特性 LED伏安特性曲線LED及其特點(diǎn)（1）單向?qū)щ姡唬?/p>

3、2）LED有門限電壓。LED的門限電壓和正常工作時(shí)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(duì)溫度敏感，結(jié)溫升高時(shí)，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(diǎn)（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(dòng)；（3）對(duì)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(jì)。 LED的基本工作條件的基本工作條件LED及其特點(diǎn) 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(shí)，LED電流隨溫度變化而變化，因?yàn)長(zhǎng)ED的伏安特性具有負(fù)溫度系數(shù)的特點(diǎn)。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(shì)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(shí)際應(yīng)用中，往往需要將多個(gè)LED按照需求排列組合起來。 LED在應(yīng)用中的配置形勢(shì)及特點(diǎn)在應(yīng)用中的配置形勢(shì)及特點(diǎn)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(jiǎn)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(jiǎn)單并聯(lián)獨(dú)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(dòng)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(diǎn)：輸入輸出電壓之

6、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=2.8W 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(duì)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(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(dāng)控制器驅(qū)動(dòng)S 導(dǎo)通時(shí)，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(chǔ)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(shí)，L上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(左負(fù)右正)使D正向偏置而導(dǎo)通， L釋放所儲(chǔ)存的能量，電流逐漸減小。在此過程中，電感器L中的儲(chǔ)能與順極性的輸入電壓共同給負(fù)載供電，同時(shí)對(duì)C1進(jìn)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(dòng)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(dòng) 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(xiǎn) 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(jiǎn)易電源的基本電路如圖。 C1 為降壓電容器，同時(shí)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(jiǎn)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(dòng)電路的特點(diǎn) 電容降壓電路的優(yōu)點(diǎn)是體積小、成本低，缺點(diǎn)是帶負(fù)載能力有限，效率不高，輸出電壓隨電網(wǎng)波動(dòng)而變化，使LED亮度不穩(wěn)定 ，所以只能應(yīng)用于對(duì)LED亮度及精度要求不高的場(chǎng)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(gè)電流閥值,當(dāng)原邊MOS導(dǎo)通,此時(shí)電感的電流

10、是線性上升的,當(dāng)上升到一定值的時(shí)候,達(dá)到這個(gè)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(diǎn) 電路簡(jiǎn)單，所需元器件少，但恒流精度不高，一旦失控，會(huì)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(dòng)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(dòng)電路 變壓器降壓和全波整流、電容濾波LED驅(qū)動(dòng)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(dòng)電路特點(diǎn) 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(gè)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(diǎn)： 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(jì)要點(diǎn) 根據(jù)電網(wǎng)的用電規(guī)則和LED驅(qū)動(dòng)電源的特性要求，在選擇和設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電源時(shí)要考慮到以下幾點(diǎn) 高可靠性：特別是對(duì)LED路燈的驅(qū)動(dòng)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(duì)于安裝在 燈具內(nèi)部的電源更為重要，因?yàn)長(zhǎng)ED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(duì)延緩LED光衰有 利；LED電源設(shè)計(jì)要點(diǎn) 功率因數(shù) ：功率因數(shù)是電網(wǎng)對(duì)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(shí)使用的話，會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成較嚴(yán)重的污染；驅(qū)動(dòng)方式 ：主要有兩種，一個(gè)是多路恒流，一個(gè)恒壓源供多個(gè)恒流，每個(gè)恒流源給一路LED串供電；還有一個(gè)是直接恒流，LED串聯(lián)或者并聯(lián)運(yùn)行。LED電源設(shè)計(jì)要點(diǎn) 浪涌保護(hù) ：浪涌電流是指電網(wǎng)中出現(xiàn)的短時(shí)間象“浪

13、”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(shí)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?yàn)長(zhǎng)ED溫升對(duì)壽命及發(fā)光效率都有影響，防止LED溫度過高對(duì)LED壽命及延長(zhǎng)光衰有利。LED電源設(shè)計(jì)要點(diǎn) 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(jì)中必須保持和遵守的規(guī)范。 安規(guī)的特點(diǎn)是：安規(guī)強(qiáng)調(diào)對(duì)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(shí)，不讓電子產(chǎn)品給我們帶來危險(xiǎn)，同

14、時(shí)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(jiǎn)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(yùn)轉(zhuǎn)，而且不對(duì)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(jì)要點(diǎn) 在設(shè)計(jì)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(diǎn)：1、LED的工作電流：一般LED的額定工作電流20毫安，設(shè)計(jì)20毫安時(shí)，實(shí)際上工作發(fā)熱很嚴(yán)重，經(jīng)多次對(duì)比試驗(yàn)，設(shè)計(jì)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(jì)LED燈串電壓時(shí)，一般取單顆為3.125V。M個(gè)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(jì)電源，再設(shè)計(jì)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(jì)要點(diǎn)LED日光燈電源設(shè)計(jì)要點(diǎn) 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(duì)非隔離的降壓式電源，在要求寬電壓時(shí)，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

16、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?超過240毫安為好 LED日光燈電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)LED日光燈電源設(shè)計(jì)要點(diǎn) 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(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)0.99，但價(jià)格

17、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(jì)要點(diǎn)LED日光燈電源設(shè)計(jì)要點(diǎn) 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(jìn)行補(bǔ)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(huì)被正向偏置，這樣使C1和C2開始并聯(lián)放電。采用這個(gè)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?yàn)檩斎腚妷汉碗娏髦g還存在大約60度的死區(qū)。LED日光燈電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)無源PFC（填谷式）LED日光燈電源設(shè)計(jì)要點(diǎn) 6、LED燈板的串并聯(lián)與寬電壓及功率因數(shù)的關(guān)系： 對(duì)于被動(dòng)式PFC電路，其工作電壓范圍是交流輸入電壓峰