LED照明與線性恒流驅(qū)動(連載)

1、概述:LED照明產(chǎn)品已經(jīng)大舉進(jìn)入千家萬戶，走進(jìn)了全民大規(guī)模應(yīng)用階段，并將全面取代傳統(tǒng)的照明燈具，但，到目前為止，LED的應(yīng)用或生產(chǎn)過程中，還存在著諸多誤區(qū)，大部分的使用者只知道一個概念，就是LED能夠節(jié)能省電、壽命長。但由于中國市場的特殊性，導(dǎo)致了很多現(xiàn)實和理想出現(xiàn)了差異。而事實上，不當(dāng)?shù)脑O(shè)計或應(yīng)用都使LED效率下降，甚至影響使用壽命。從表面上看，LED是具有節(jié)能環(huán)保，長壽等特點，但目前，由于回大多數(shù)使用者乃至商家，對于LED的了解仍然存在著一定的誤區(qū)，導(dǎo)致目前市場上的相關(guān)產(chǎn)品良莠不齊，質(zhì)量低劣的產(chǎn)品充斥市場，質(zhì)量相對較好的產(chǎn)品，由于造價較高，除了一些知名品牌或大企業(yè)，一般的小廠家，要想做到質(zhì)

2、量保證，又能夠立足市場，實在是困難重重。很難與那些質(zhì)量低劣的產(chǎn)品競爭，只能在質(zhì)量和價位之間權(quán)衡。由于劣質(zhì)產(chǎn)品充斥市場，導(dǎo)致目前很多LED產(chǎn)品出現(xiàn)“短命”的現(xiàn)象，而且，很多廉價產(chǎn)品，跟本上就不節(jié)能，有些產(chǎn)品，其耗電量比傳統(tǒng)的節(jié)能燈還大，更有些產(chǎn)品的壽命，比普通節(jié)能燈還要短。本文以連載的形式，針對當(dāng)前LED誤區(qū)的剖析以及LED照明的特性、應(yīng)用設(shè)計方案、應(yīng)用實例等，不定期發(fā)表個人的部分經(jīng)驗總結(jié)，旨在為普及LED照明應(yīng)用的基礎(chǔ)知識提供一丁點微薄之力。第一節(jié)LED照明燈具的簡單介紹照明燈具的種類：照明燈具大致可以分為幾大類：.家用照明家用照明指的是一般家庭應(yīng)用的照明產(chǎn)品，有燈泡、日光燈、吸頂燈、臥室燈、

3、客廳燈、工藝燈、天花燈、筒燈、庭院燈、射燈等等。對于LED產(chǎn)品來說，家用照明產(chǎn)品的要求條件是比較寬松的，因為，家用照明產(chǎn)品一般情況下是不會連續(xù)長時間使用的，一般情況下，家用照明產(chǎn)品（單個燈具）的使用時長大約為2000小時/年，有些甚至更少。相對商業(yè)照明，家用照明燈具一年的使用時間大約等于商業(yè)照明的30%左右。.商用照明商業(yè)照明指的是安裝在公司、商場、店鋪、等營業(yè)性場所的照明燈具，其特點是每天的連續(xù)工作時間比較長，一般都在10個小時以上，對燈具的要求條件比家用照明要高的多，除了產(chǎn)品的可靠性，色溫一致性外，由于商業(yè)照明往往是大量集中使用，對電磁輻射也有比較嚴(yán)格的要求。.工業(yè)照明工業(yè)照明指的是用于工

4、廠的照明燈具，一般生產(chǎn)車間的照明時間是比較長的，有些工廠是24小時三班制，所以，對燈具的要求是全天候運(yùn)行的，其性能指標(biāo)比一般商業(yè)照明還要嚴(yán)格。.道路照明道路照明也包含了戶外照明，一般是用于路燈或戶外空曠地方（比如廣場、露天體育場等等）的照明系統(tǒng)，一般單個燈具的功率比較大，而且，燈具的裝配位置相對比較高，而戶外的使用環(huán)境也比較復(fù)雜，要承受陽光的高溫照射，還要嚴(yán)格的防水條件，所以，道路或戶外照明的要求是最高的。.亮化照明亮化照明也是戶外照明的一種，在城市的一些建筑物的外墻，往往都裝配有一些作為點綴用的亮化照明產(chǎn)品，這些產(chǎn)品同樣需要嚴(yán)格的防水性能和使用上的可靠性，由于不是用于主照明，一般對亮度要求不

5、是很高。由于亮化產(chǎn)品大部分屬于市政工程，項目的使用面積和功率一般都比較大，所以，有兩個不容忽視的問題需要引起注意，但實際上，這些問題卻往往被人們忽視了，那就是:.功率因數(shù)；在市電照明中，功率因數(shù)是一項關(guān)乎能效的重要參數(shù)，它直接影響到電力供應(yīng)的效率，功率因數(shù)越高，其能效也越高，反之則越低。而在平常的亮化工程中，人們注意到的只是防水和質(zhì)量問題，功率因數(shù)問題卻往往被忽略，以前有人曾經(jīng)披露過，某地的一項亮化工程，由于采用的LED燈具，其功率因數(shù)太低，從而導(dǎo)致該范圍的電力供應(yīng)線路癱瘓。有關(guān)功率因數(shù)的其他相關(guān)問題與解決辦法，將在往后的章節(jié)中闡述。.電磁輻射（EMI）電磁輻射也是市電照明產(chǎn)品的一項重要指標(biāo)，

6、在LED照明產(chǎn)品中，產(chǎn)生電磁輻射的來源主要是通過高頻變換的驅(qū)動器。電磁輻射也是很容易被人忽略的一個問題，電磁輻射的強(qiáng)度和電源功率、方案設(shè)計、等有直接關(guān)系，通常，單個LED燈具的驅(qū)動電源，所產(chǎn)生的EMI是很微弱的，但是，如果大面積集中使用的話，EMI問題就值得注意了。在日常生活中，常常聽到人們在討論手機(jī)的輻射問題，并為這種問題“談輻色變”，但是，就是從來也沒有聽說有人關(guān)注自己長時間置身于那些帶有高頻輻射的驅(qū)動器的環(huán)境中。當(dāng)然，這里指的是大量集中安裝，且EMI指數(shù)不達(dá)標(biāo)的場所，對于一般的家庭或辦公室，輻射是微乎其微的。第二節(jié)LED光源LED是半導(dǎo)體發(fā)光器件，在照明燈具里面俗稱為“，一般LED芯片的

7、特性電壓（VF）為3.0-3.5v，由于單個LED燈珠的功率比較小，在LED照明燈具中，需要多個LED燈珠通過串聯(lián)或并聯(lián)的方式進(jìn)行組合，以達(dá)到所需的功率。LED的另外一項重要參數(shù)是正向電流（IF），LED是電流型發(fā)光器件，工作時需要給LED芯片通過適當(dāng)?shù)恼螂娏?，IF就是芯片的額定正向電流，為了保證LED工作的穩(wěn)定性，必須采用恒流驅(qū)動器，使LED在恒定的電流環(huán)境中工作。而且，工作電流最好設(shè)定在IF標(biāo)稱值的80%以下，因為，LED燈珠的規(guī)格書上標(biāo)稱的正向電流IF是其最大值，LED在實際應(yīng)用中，考慮到各種外部因素（如散熱條件、驅(qū)動器輸出電流誤差等），LED的工作電流設(shè)定在耳釘電流的70-80%為宜

8、。.LED驅(qū)動器要使LED燈能夠正常工作，就必須給LED燈配套合適的驅(qū)動器，用于市電驅(qū)動器主要有以下幾類：開關(guān)型（PWM）隔離恒流驅(qū)動器開關(guān)型（PWM）非隔離恒流驅(qū)動器線性恒流非隔離驅(qū)動器阻容降壓驅(qū)動器恒壓電源+電阻限流驅(qū)動通過高頻頻率變換的（非PWM）驅(qū)動在絕大部分情況下。LED驅(qū)動器必須具有恒定輸出電流的功能，才能保證LED的穩(wěn)定工作和發(fā)揮最大的效率。1.LEDLEDLED將針對目前市場上普遍存在的誤區(qū)，逐一1關(guān)于節(jié)能與壽命LEDLEDlightemittingdiodeTOC o 1-5 h zLED102410LED30LEDLED0.03wVF1.8vIF20MA,LEDledLED

9、20LEDLEDLEDLEDLEDLEDLEDLED5.LEDLED想，一般情況，一年半載的就壞掉了，而且，光衰也特別明顯，由于當(dāng)時的相關(guān)產(chǎn)品是比較高，沒有大規(guī)模進(jìn)入市場化，用量相對比較少，這些問題也沒有引起太多的重0LED1wLEDLED產(chǎn)品，但是，產(chǎn)品的使用壽命、光衰問題、故障率高，一系列的問題還是沒有得到徹底LED5LEDLED技術(shù)、相關(guān)配套材料的加工、生產(chǎn)等技術(shù)水平的大幅度上升，而成本也大幅度下降。時LEDLED然而，產(chǎn)品的可靠性、耐用性、節(jié)能效率、電磁輻射等等，一系列問題卻一直不盡LEDLEDLED510LEDLEDLEDLEDLED5元，假如，把使用壽命提高到2年，就需要7元，如果

10、，把使用壽命要則成本會增加到10元。雖然價格增加了一倍，但其使用壽命卻增加了5算？而且，低價的產(chǎn)品往往伴隨著能耗偏大，功率因數(shù)偏低，電磁輻射大另外一個問題是，價格增加了一倍，老百姓能不能消費得起？LEDLED人民幣0.3元到0.8元不等，從產(chǎn)品質(zhì)量和性能來說，造價越低，性能就LED隔離驅(qū)動與非隔離驅(qū)動頻閃問題功率與功率因數(shù)電源效率與光效EMI發(fā)熱量與散熱問題LED誤區(qū)剖析1.1關(guān)于并聯(lián)與串聯(lián)LED燈是小功率的器件，一般情況下，用于照明燈具上，所需要的功率較大，所以，必須用多顆LED燈來組合成為一個光源，這就涉及到并聯(lián)與串聯(lián)的問題。由于一般常用的LED燈珠，由于其單顆功率較小，特別是貼片型的LE

11、D，其單顆功率一般在0.11w范圍內(nèi)，單顆芯片的特性電壓VF通常有3.2-3.6v、6v，也有950v等多種規(guī)格。為了達(dá)到一定的照明功率，通常，一個LED燈具，需要若干顆LED燈進(jìn)行組合，所以，就必須將LED燈珠進(jìn)行串聯(lián)或并聯(lián)，然后通過恒流驅(qū)動器，提供穩(wěn)定的電流供應(yīng)給LED。那么，LED的組合，到底要選用并聯(lián)，還是串聯(lián)，還是串并結(jié)合？如何串，如何并？還得根據(jù)具體情況而定。但是，這里面卻蘊(yùn)含著諸多的誤區(qū)。嚴(yán)格來說，每一個LED燈串，必須要有一個獨立的恒流驅(qū)動裝置，才能夠保證其性能的穩(wěn)定和較高的可靠性。如圖1圖1一感;一討*你可以多組燈串進(jìn)行并聯(lián)，這樣，當(dāng)某個LED燈串出現(xiàn)故障（或者是局部故障）時

12、，它不會影響到其他的燈串，甚至，當(dāng)某個燈串中出現(xiàn)一個或若干個燈珠短路損壞時，該燈串由于具有獨立的恒流驅(qū)動器，除了損壞的LED不亮以外，其他的LED還是照樣正常工作。這是最理想的驅(qū)動方案，但是，這樣會使產(chǎn)品的造價升高。實際上，除了一些要求比較高的LED產(chǎn)品（如某些路燈產(chǎn)品）有使用這種驅(qū)動方式，目前市場上一般產(chǎn)品很少采用這種驅(qū)動方案。目前市場上普遍使用的都是通過并、串以后再進(jìn)行組合，最終使用同一個驅(qū)動器的方案，而并、串的組合方法有多種。市場上常用的方法有下面幾種，如圖1b、c、d、f圖1匕圖圖1匕圖1c圖1b是多個LED燈串并聯(lián)在一起以后共用一個驅(qū)動器圖1c是所有燈珠全部串聯(lián)，然后共用一個驅(qū)動器。

13、圖1d、圖1f是2個以上LED為一組并聯(lián)以后再進(jìn)行串聯(lián)。目前，市場上的應(yīng)用，大部分采用圖1f的連接方式。其實，這樣的連接方法是錯誤的，LED最好的組合辦法是串聯(lián)，不要直接并聯(lián)，因為，每個LED的正向電壓（VF）的一致性存在著一定程度的偏差，如果兩個（或以上）的LED直接并聯(lián)，就會造成其電流（IF）的不平衡，VF高的電流就偏小，反之電流就偏大，電流較大的，相應(yīng)的工作溫度也會升高，這就導(dǎo)致了另外一個問題，LED的工作溫度會直接影響VF的電壓特性，溫度升高導(dǎo)致VF下降，這樣就產(chǎn)生了一個惡性循環(huán)的結(jié)果，最終，會導(dǎo)致部分LED提前損壞或光衰。因此，最好，也是最合理的組合方案是全部串聯(lián)，如果，所用的燈珠數(shù)

14、量，已經(jīng)超出了驅(qū)動器的電壓供給范圍，那么，有兩種解決辦法：1.分為分為多組燈串，并獨立使用恒流驅(qū)動。2.選用單顆功率較大的LED燈珠，以減少燈珠的數(shù)量?；蛟S，有些人對此不太理解，但事實上就是這樣，你要做好它，就必須了解它，并按照它的規(guī)則去做。很多人在這個問題上走進(jìn)了誤區(qū)，一些燈具生產(chǎn)廠家會認(rèn)為：LED必須并聯(lián)，這樣，當(dāng)一個LED損壞以后，其他的燈才會保持繼續(xù)工作，如果是全部串聯(lián)，一顆燈珠壞掉，整個燈就不亮了。其實，這種理解，并不正確。下面就并、串聯(lián)的電路原理，來分析一下，各種并、串聯(lián)電路，在發(fā)生個別燈珠損壞的時候，各自所造成的后果。圖2a、b、c畫出了目前市場最常見的一款燈板組合電路，分別表示

15、了其中，一顆LED燈珠短路損壞、開路損壞，的情況。圖2d入%用+tn濟(jì):就逐力器+恒涯陰動器i=2D0ma汨流海油器i；圖2d入%用+tn濟(jì):就逐力器+恒涯陰動器i=2D0ma汨流海油器i；-2J&0maI-2JOOma令1以鼻D2-_.2daima12QEC1恒流驅(qū)動和%人%匹120m口圖2bD2iOma120nio圖2a,表示兩路并聯(lián)、串聯(lián)的LED，在正常情況下，假設(shè)，單顆LED的工作電流是120ma,則，恒流驅(qū)動器選用輸出總電流為240ma,正常情況下，D1、D2及各自相應(yīng)的燈串電流為120ma，如果，某種情況下，假設(shè)D1開路損壞，如圖2b所示（在x處斷開），那么，D1就沒有電流通過，這

16、時候，所有電流（240ma）就會全部通過D2流到下一個連接點，再分擔(dān)為兩路。那么，請想想，一個原本120ma電流的LED，讓它在240ma的環(huán)境下工作，這顆燈珠，還能夠支撐多久？LED損壞的另外一種特征是短路，圖2c，假設(shè)，D1短路損壞，那么，由于DI、D2處于并聯(lián)的狀態(tài)，其中，一個短路，與其并聯(lián)的其他燈珠也跟著不亮了。圖2d是一個全串的電路，假設(shè)，LED的工作電流是120ma，如果，其中有一個，或者是若干個LED燈珠短路損壞，則其他沒有損壞的燈珠還是正常工作，由于恒流驅(qū)動器的存在，其電流還是保持120ma不變，而且，哪個燈珠損壞哪個不亮，并不影響其他的燈珠。另外一種損壞情況是開路，如果是開路

17、損壞，那么，就會造成整串燈珠全部不亮。但是，正常情況下，LED的損壞情況，90%以上是屬于短路，所以，排除人為問題和工藝問題以外，開路損壞導(dǎo)致整個LED燈具不亮的幾率相對較小。所以，選擇全串的組合方式，要優(yōu)于并聯(lián)的組合方式。關(guān)于并、串聯(lián)的另外一個誤區(qū)，有人用過圖2d，和圖2a，兩種組合方案做比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，使用同樣一種驅(qū)動器（非隔離驅(qū)動），圖2d的方案反而故障率比圖2a明顯升高了，而且，大部分故障都是燈珠內(nèi)部的打線燒壞而開路，從而就認(rèn)定串聯(lián)方案有問題，必須并聯(lián)才可以減少故障率。其實，他已經(jīng)陷入了另外一個誤區(qū)。真正的故障元兇是驅(qū)動器！目前市場上很多廉價的非隔離驅(qū)動器，不管是線性的、或開關(guān)型的，在

18、啟動的瞬間，會有一個浪涌脈沖，這個脈沖幅度接近工作電流10倍，如圖3,雖然時間很短，也會對LED造成一定程度的傷害，一般來說，一個標(biāo)準(zhǔn)的LED燈珠，其內(nèi)部都必須有一個齊納二極管，如圖4,工作中，電源所產(chǎn)生的浪涌脈沖，都會被齊納二極管吸收，從而保護(hù)了LED芯片的安全。圖3e0.050.10.20.3TLEM但是，由于目前市場價格的激烈競爭，為了降低造價，市場絕大部分的LED燈珠內(nèi)部都沒有齊納二極管，所以，浪涌電流就會直接通過LED燈珠而造成瞬間沖擊。另外，現(xiàn)在市場上的LED燈珠，都是小芯片走大電流，以0.5w的5630（或5730）為例，韓國三星的產(chǎn)品，芯片面積是24x48mil，其他廠家的同類產(chǎn)品，芯片的面積大部分是24x40mil，而現(xiàn)在市場上國產(chǎn)廉價的5630或5730，其芯片面積是14,x28mil，甚至更小。而且，人家規(guī)格書上規(guī)定的正向電流IF150