LED灯珠特性和LED驱动电源方案

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1、中国计量学院LED与LED电源目录一、LED及其特点二、LED电源技术三、LED电源设计要点LED及其特点什么是LEDLED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LED及其特点LED的伏安特性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及其特点LED的伏安特性0A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

2、925V。AB段：工作区在这一区段，一般是随着 电压増加电流也跟着增加，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0如 果没有保护电路，会因电流増大而烧 坏发光二极管。0C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pA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。反向死区n n m UK n n I nLED伏安特性曲线LED及其特点LED的基本特性(1 )单向导电；(

3、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，光输岀减少，正向电压降 低；离散性较大LED及其特点LED的基本工作条件（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及其特点LED伏安特性的温度系数为什么LED要使用恒流源?LED的伏

4、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。LED电源技术LED在应用中的配置形势及特点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电源技术V-1串联MgVLED电源技术LED电源技术简单串联带并联稳爪管的申联LED电源技术常见的连接形式2并联.LED电源技术LED电源技术L1简单并联独立匹配并联LED电源技术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

5、3混联V+V-I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，亮度一致可靠性否高，驱动器 输出电压高带旁路串联专器豔昭翳離件牒加体简单并联电路简单，驱动电压低均流问题并 联【I诈+4必 曲水1匚n何电路复杂，体积大，独立匹配并联鎰严问混 联先并后串先串后并可靠性较高，总体效果 较高,适用范围较广电路复杂，并联的单 个LED或LEDM需解 决均流问题LED电源技术LED电源输入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； 咼压直流：咼压电源；低压直流:电池、低压电源;低压高频交流：电子变压器等;

6、 高压低频交流：市电； 低压低频交流: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(BuckBoost)变换器LED电源技术直流输入线性稳压器线性稳压器普通线性稳压器Vo=9ViwI=350mA特点：输入输出电压之差 一般要求为46V,导致 电源效率底下。如右图，PjC=(17- 9)V*350mA=2.8WPR1=0.35*0.35*5.7=0.7W效率=P|ed/(Pic+PR1+Pled)=0.43LED电源技术直流输入线性稳压器线性稳压器LDO稳压器针对传统线性稳

7、压器存在的问题，低压差降 落(Low Drop Out)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。LED电源技术直流输入开关型DC/DC变换器开关型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LED电源技术直流输入开关型DC/DC变换器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屮储存能量 夕咆流通

8、过L和S返冋到电源负端。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.LED电源技术直流输入开关型DC/DC变换器升压型LED驱动器VIN3Vto5V*6.8 四D1LED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

9、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电源技术市电输入非隔离 电容降压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5 稳压二极管，R1为关断 - 电源后C1的电荷泄放电 阻。通过C1的电流G为:Ic=VAc/lPIfAcC220V, 50Hz条件下，Ici = 69 ClLED电源技术市电输入非隔离电容降压LED电源技术市电输入非隔离电容降压(2电容降压简单应用电路LED电源技术市电输入非隔离电容降压电容降压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

10、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。LED电源技术市电输入非隔离 高压芯片恒流原理分析: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.LED电源技术市电输入非隔离 高压芯片恒流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。LED电源技术市电输入隔离 变压器降压变压器降压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

11、、采用集成电流源的LED驱动电路220V50HzI=350niA变斥器降斥和全波整流、电容滤波LED驱动电路LED电源技术r|j电输入隔离 变压器降压变压器降压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。LED电源技术市电输入隔离PW M控制方式开关电源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。LED电源技术市电输入隔离PW M控制方式开关电源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LED电源

12、设计要点根据电网的用电规则和LED驱动电源的特性 耍求，在选择和设计LED驱动电源时耍考虑到以下 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

13、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

14、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:Electromagnetic Compatibility,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。LEDR光灯电源设计要点在设计LED日光灯电

15、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。LEDH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LEDH光灯工作在输入电压范围

16、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LEDH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（Power Factor）,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PF

17、C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。LEDH光灯电源设计要点LEDH光灯电源设计要点LEDH光灯电源设计要点LEDEI光灯电源设计要点无源PFC (填谷式)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DI和D3就会被正向偏 置，这

18、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 0.880.9,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。LEDH光灯电源设计要点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：对于被动式PFC电路，其工作电压范围是交流输入电压峰值的一 半。如输入是220V,其峰值是220*1.414=310V,峰值电压的一半 是155V,再减去两个电容串联的分压1/2,则最大输出是77V,所 以LED灯珠串联数最多24串。如果输入是110V,则带PFC电源的 输出是：110*1.414*1/4=38V,rJ以带的灯珠数是12串。所以,在 110V的地区，要带PFC是比较麻烦的，灯珠数不能多于12串。因 此，要想得到比较大的功率因素，灯珠的串联数不能太多，否则， 就达不到低电压的要求。LEDH光灯电源设计要点感谢您的关注