LED驅動電源基礎知識52921

1、LED驅動電源基礎知識52921 主要內容概括: 1:LED驅動電源的重要性 2:LED驅動的技術方案 3:LED與LED驅動電源的匹配 4:LED驅動電源使用中應注意的問題 1:1:LEDLED驅動電源的重要性驅動電源的重要性 接觸過LED的人都知道：由于LED正向伏安特性非常陡 圖1.1（正向動態(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，否則電壓波動稍增，電流就會增大到將LED燒毀的程度。為了穩(wěn)定LED的工作電流，保證LED能正?？煽康毓ぷ鳎哂小辨?zhèn)流功能”的各種各樣的LED驅動電路就應運而生。最簡單的是串聯(lián)一只鎮(zhèn)流電阻，而比較復雜的是用許多電子元

2、件構成的“恒流驅動器”。 圖1 2 2 : : LEDLED驅動的技術方案驅動的技術方案一一 鎮(zhèn)流電阻方案鎮(zhèn)流電阻方案 此方案的原理電路圖見圖1。這是一種極其簡單，自LED面世以來至今還一直在用的經典電路。LED工作電流I按下式計算： （1）I與鎮(zhèn)流電阻R成反比；當電源電壓U上升時，R能限制I的過量增長，使I不超出LED的允許范圍。此電路的優(yōu)點是簡單，成本低；缺點是電流穩(wěn)定度不高；電阻發(fā)熱消耗功率，導致用電效率低，僅適用于小功率LED范圍。一般資料提供的鎮(zhèn)流電阻R的計算公式是： (2) 按此公式計算出的R值僅滿足了一個條件：工作電流I 。而對驅動電路另兩個重要的性能指標：電流穩(wěn)定度和用電效率，

3、則全然沒有顧及。因此用它設計出的電路，性能沒有保證。 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。另外電容消耗無功功率，不發(fā)熱；而電阻則消耗有功功率，會轉化為熱能耗散掉，所以鎮(zhèn)流電容比鎮(zhèn)流電阻，能節(jié)省一部分電能，并能設計成將LED燈直接接到市電220V上，使用更為方便。 此方案的優(yōu)點是簡單，成本低，供電方便；缺點是電流穩(wěn)定度不高，效率也不高。僅適用于小功率LED范圍。當LED的數(shù)量較多，串聯(lián)后LED支路電壓較高的場合更為適用。 三三 線性恒流驅動電路線性恒流驅動電路 上面已經提到電阻、電容鎮(zhèn)流電路的缺點是電流穩(wěn)定度低（I/I達2050）

4、，用電效率也低（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，利用電子技術常見的電流負反饋原理，設計出恒流驅動電路。和直流恒壓電源一樣，按其調整管是工作在線性，還是開關狀態(tài)，恒流驅動電路也分成兩類：線性恒流驅動電路和開關恒流驅動電路。 圖4是最簡單的兩端線性恒流驅動電路。它借用三端集成穩(wěn)壓器LM337組成恒流電路，外圍僅用兩個元件：電流取樣電阻R和抗干擾消振電容C 。 四四 開關電源驅動電路開關電源驅動電路上述線性恒流驅動電路雖具有電路簡單、元件少、成本低、恒流精度高、工作可靠等優(yōu)點，但使用中也發(fā)現(xiàn)幾點不足：a、調整管工作在線性狀態(tài)，工作時功耗高發(fā)熱大（特別是工作

5、壓差過大時），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工作電壓嚴格匹配，不允許大范圍改變。也就是說它對電源電壓及LED負載變化的適應性差。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，一般要配開關穩(wěn)壓電源，不能直接用220V供電。 TTVTVVEMC filter 整流器（Rectifier切換開關（MOS）脈寬調制器（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:將正負變化的交流電變成單向變化

6、的直流電濾波:將變化的電壓波形平滑成波動較小的直流電壓波形變壓器:儲存能量,產生需要的輸出電壓.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,以便采取相應的措施保證輸出電壓在規(guī)定的范圍內PWM+開關開關:控制電路控制電路, ,根據反饋回來的信號控制變壓器儲存能量的多少根據反饋回來的信號控制變壓器儲存能量的多少, ,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、當穩(wěn)壓電路中的各項參數(shù)確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負載的增減而變化；b、恒壓電路不怕負載開路，但嚴禁負載完全短路。c、 以穩(wěn)壓驅動電路驅動LED，每串需要加上合適的電阻方可使每

7、串LED顯示亮度平均；d、 亮度會受整流而來的電壓變化影響。 采用開關電源驅動的優(yōu)點: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措施，屬高可靠性電源。LED驅動電源主要有恒壓式和恒流式 1）恒流式：a、 恒流驅動電路輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內變化，負載阻值小，輸出電壓就低，負載阻值越大，輸出電壓也就越高；b、 恒流電路不怕負載短路，但嚴禁負載完全開路。c、 恒流驅動電路驅動LED是較為理想的，但相對而言價格較高。d、 應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；開關恒流驅動電路開關恒流

8、驅動電路 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、R5V是已知量。R8阻值也是已知量，當電路開始工作后，只要R8和流過R8V，三極管開始工作,電路就進入恒流工作。 LED與LED驅動電源的匹配我們已經很清楚的知道LED驅動電源只有兩種方式： 恒流式：電流不變電壓在一定范圍內變化(隨負載變化) 恒壓式：電壓不變電流在一定范圍內變化(隨負載變化)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驅動器輸出較高的電壓。當LED的一致性差別較大時，分配在不同的LED兩端電壓不同，通過每顆LED的電流相同，LED的亮度一致。

9、 當某一顆LED品質不良短路時，如果采用穩(wěn)壓式驅動，由于驅動器輸出電壓不變，那么分配在剩余的LED兩端電壓將升高，驅動器輸 出電流將增大，導致容易損壞余下所有LED。如采用恒流式LED驅動，當某一顆LED品質不良短路時，由于驅動器輸出電流保持不變，不影響余下所有LED 正常工作。當某一顆LED品質不良斷開后，串聯(lián)在一起的LED將全部不亮。解決的辦法是在每個LED兩端并聯(lián)一個齊納管，當然齊納管的導通電壓需要比LED的導通電壓高，否則LED就不亮了。 并聯(lián)式：并聯(lián)式： 要求LED驅動器輸出較大的電流，負載電壓較低。分配在所有LED兩端電壓相同，當LED的一致性差別較大時，而通過每顆LED的電流不一

10、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品 當某一個顆LED品質不良斷開時，如果采用恒壓式LED驅動，驅動器輸出電流將減小，而不影響余下所有LED正常工作。如果是采用 恒流式LED驅動，由于驅動器輸出電流保持不變，分配在余下LED電流將增大，導致容易損壞所有LED。解決辦法是盡量多并聯(lián)LED，當斷開某一顆LED 時，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)負載時，不宜選用恒流式驅動器。當某一顆LED品質不良短路時，那么所有的LED將不亮，但如果并聯(lián)LED數(shù)量較多，通過短路的LED電流較大，足以將短路的LED燒成斷路。 串并

11、混聯(lián)方式串并混聯(lián)方式 在需要使用比較多LED的產品中，如果將所有LED串聯(lián)，將需要LED驅動器輸出較高的電壓。如果將所有LED并聯(lián)，則需要LED驅動器輸出較大的電流。 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負載電流較大，驅動器的成本也會大增。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，通過同一串每顆LED上的電流也基本相同，LED亮度一致。同時通過每串LED的電流也相近。當某一串聯(lián)LED上有一顆品質不良短路時，不管采用恒壓式驅動還是恒流式驅動，這串LED相當于少了一顆LED，通過這串LED的電流將大增，很容易就會 損壞這串LED。

12、大電流通過損壞的這串LED后，由于通過的電流較大，多表現(xiàn)為斷路。斷開一串LED后，如果采用恒壓式驅動，驅動器輸出電流將減小，而不 影響余下所有LED正常工作。如果是采用恒流式LED驅動，由于驅動器輸出電流保持不變，分配在余下LED電流將增大，導致容易損壞所有LED。解決辦法是盡量多并聯(lián)LED，當斷開某一顆LED時，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。 當有一顆當有一顆LEDLED品質不良短路時，不管采用恒壓式驅動還是恒流式驅動品質不良短路時，不管采用恒壓式驅動還是恒流式驅動，并聯(lián)在這一路的，并聯(lián)在

13、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驅動，由驅動，由于驅動器輸出電流保持不變，除了并聯(lián)在短路于驅動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。假設并聯(lián)的正常工作。假設并聯(lián)的LEDLED數(shù)量較多，驅動器的驅動電數(shù)量較多，驅動器的驅動電流較大，通過這顆短路的流較大，通過這顆短路的LEDLED電流將增大，大電流通過這顆短路的電流將增大，大電流通過這顆短路的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LEDLED較多，斷開一顆較多，斷開一顆LEDL

14、ED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 整個整個LEDLED燈，僅有一顆燈，僅有一顆LEDLED不亮。不亮。 如果采用恒壓式驅動，如果采用恒壓式驅動，LED品質不良短路瞬間，負載相當少并聯(lián)品質不良短路瞬間，負載相當少并聯(lián)一路一路LED，加在其余，加在其余LED上的電壓增高，驅動器輸出電流將大增，極上的電壓增高，驅動器輸出電流將大增，極有可能立刻損壞所有有可能立刻損壞所有 LED，幸運的話，只將這顆短路的幸運的話，只將這顆短路的LED燒成斷路燒成斷路，驅動器輸出電流將恢復正常，由于并聯(lián)的，驅動器輸出電流將恢復正常，由于

15、并聯(lián)的LED較多，斷開一顆較多，斷開一顆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，哪么整個依然可以正常工作，哪么整個LED燈，也僅有一顆燈，也僅有一顆LED不亮不亮 通過對以上分析可知，驅動器與負載LED串并聯(lián)方式搭配選擇是非常重要的，恒流式驅動功率型LED是不適合采用并聯(lián)負載的，同樣的，恒壓式LED驅動器不適合選用串聯(lián)負載。 工程中的簡易計算方法例：SLT5-12VC 額定輸出功率為5W電源，輸出電壓12V ，白光LEDV，耗散功率為65mW，可配置多少個LED？（1）計算每條支路的LEDV 3 =9.9V65mW V =20mA （12V

16、 - 9.9V） 20mA = 105 （2）計算并聯(lián)支路數(shù) ：5W （65mW 3 + 20mA 20mA 105 ） = 21（3）總共可以接多少個LED：21 3 =63個（串并混聯(lián)） 例：SLT10-350IF一個額定輸出電流為，額定功率為10W電源，耗散功率為65mW，正向電為A的白光LED，可怎樣配置？（1）計算每條支路的LED個數(shù)：10W = 28.6V 65mW A =3.25V 28.6V 3.25V =8（2）計算并聯(lián)支路數(shù) ： 0 . 02 =18（3）總共可以接多少個LED：8 18=144個（串并混聯(lián)） 4:LED驅動電源使用中應注意的問題A. LEDA. LED降額

17、使用。降額使用。 B. 使用線性恒流驅動器，特別注意其工作壓差。使用線性恒流驅動器，特別注意其工作壓差。C. 隔離式開關恒流驅動器次級輸出電源不宜懸空，負極隔離式開關恒流驅動器次級輸出電源不宜懸空，負極應接應接 地。地。D. D. 對開關恒流驅動器，要嚴格遵守：先接好對開關恒流驅動器，要嚴格遵守：先接好LEDLED燈，再接燈，再接通驅動器電源的操作順序。通驅動器電源的操作順序。 如果相反操作，在接通如果相反操作，在接通LEDLED燈瞬間，將會有極大的沖擊燈瞬間，將會有極大的沖擊電流通電流通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，電路為例

18、，對此沖擊電流值作一下計算，并對其產生原因作一次分析。對此沖擊電流值作一下計算，并對其產生原因作一次分析。 我們公司針對瞬間電流沖擊問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部。通過將多余的能量堵在負載之前，保證在連接開關閉合的瞬間流過LED燈負載上的電流在LED燈所允許的電流范圍之內。 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部。通過將多余的能量引到限流電路上，保證流過LED燈上的電流在LED燈的安全電流范圍之內 R2C3R6R7N2AN3R8R9C7R1R5D3S1loadQ1Q2a、串聯(lián)連接電

19、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，在一個橫向分支上包含一個NPN型晶體管(Q1)的集電極發(fā)射極通道和與這個集電極發(fā)射極通道串聯(lián)的限流電阻(R1)。集電結偏置電阻(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關(S1)之間，也可以串接在負載和輸出極地電位之間。V，NPN型晶體管（Q2）處于截止狀態(tài)，NPN型晶體管（Q1