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要想摸透LED驅(qū)動設(shè)計(jì),必須掌握的技術(shù)都在這里

發(fā)布時(shí)間:2014-11-25 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】LED驅(qū)動電路的設(shè)計(jì)對LED是否能夠正常工作以后工作的壽命起到?jīng)Q定性的作用。LED驅(qū)動電路的主要功能在于將輸入供電電源轉(zhuǎn)換為適合LED驅(qū)動的供電輸出,為LED負(fù)載供電,按照LED的工作電壓和電流要求完成與LED負(fù)載的電壓和電流匹配。本文總結(jié)歸納了LED驅(qū)動設(shè)計(jì)的有關(guān)技術(shù),希望能對讀者提供素材。

LED驅(qū)動電路的主要功能

LED驅(qū)動電路應(yīng)確保LED的恒流工作特性,尤其在電源供電電壓發(fā)生變化時(shí),仍能保持LED工作電流的穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn):
1.確保LED負(fù)載工作電流穩(wěn)定;
2.避免LED驅(qū)動電流超出最大額定值,影響LED負(fù)載的工作可靠性;
3.獲得要求的流明輸出,并保證各LED發(fā)光亮度和發(fā)光色度的一致性。

同時(shí),LED驅(qū)動電路應(yīng)保持較低的功耗,這樣才能使LED照明系統(tǒng)的工作效率保持在較高水平。
尤其在調(diào)光方面,LED 不僅可實(shí)現(xiàn)0~100%的調(diào)光,而且還可以保證在整個(gè)調(diào)光過程中有較高的發(fā)光效率,并不損害LED 的工作壽命,而氣體放電燈則很難做到這一點(diǎn)。

LED燈具中有關(guān)部件損壞比例如圖1所示,其中,LEDs的損壞率為10%,控制電路為7%,LED燈具的安裝為31%,LED驅(qū)動器為52%。可見在LED燈具中LEDs的損壞率并不高,LED驅(qū)動電路失效率相對較高為52%,LED燈具失效90%并非來自LED(數(shù)據(jù)來源:Appalachian Lighting Systems)。該數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)條件是在5400件LED燈具中失效燈具為29具(失效率為:0.54%)的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行的。

LED驅(qū)動與有關(guān)技術(shù)要求

對LED 驅(qū)動電路主要技術(shù)指標(biāo)有:最大輸出功率,允許工作溫度范圍,瞬態(tài)開/關(guān)工作特性,功率因數(shù)不低于0.9,輸入和輸出電壓變化范圍,允許的最大輸入電壓和電流,驅(qū)動電源的總諧波失真(THD)等。

對更高級的LED驅(qū)動器應(yīng)具有可以監(jiān)測和報(bào)告LED照明系統(tǒng)所有工作狀態(tài)參數(shù)和智能控制功能,例如可以實(shí)現(xiàn)對LED的VF值無需分級、對由于LED驅(qū)動器和LED燈具之間的線路電壓降進(jìn)行自動檢測和補(bǔ)償、光學(xué)反饋、自動進(jìn)行白光LED的相關(guān)色溫(CCT)控制、多色LED相關(guān)色溫(CCT)控制等控制功能。

影響LED照明產(chǎn)品工作可靠性的主要因素

在LED驅(qū)動電路的使用過程中應(yīng)注意LED驅(qū)動電路的應(yīng)用場合,例如注意LED驅(qū)動電路的用途、安裝方式、環(huán)境噪聲干擾、正確使用LED驅(qū)動電路和有關(guān)技術(shù)支持會對提高LED驅(qū)動電源工作可靠性有幫助。

在使用LED驅(qū)動電路時(shí)還需注意LED驅(qū)動電路的輸入電壓適應(yīng)范圍、輸出電壓和輸出電流變化范圍,合理對LED及其驅(qū)動電路進(jìn)行熱管理,LED驅(qū)動電路應(yīng)選用合適型號的電解電容器。

對LED驅(qū)動電路的機(jī)械部件注意安裝機(jī)械應(yīng)力、抗震動性和防潮濕、防水等問題。注意有關(guān)光學(xué)部件和LED部件的光輸出、發(fā)光顏色、發(fā)光角等技術(shù)參數(shù)對使用環(huán)境的影響,注意LED驅(qū)動電路的抗UV/抗化學(xué)腐蝕性和正確使用LED驅(qū)動電路等問題。

目前LED驅(qū)動電路存在的一些主要問題如下:


1.質(zhì)量一般的LED驅(qū)動電路不采用閉環(huán)反饋控制技術(shù);
2.很少LED驅(qū)動技術(shù)的研發(fā)是基于復(fù)雜知識產(chǎn)權(quán)的要求;
3.目前只有很少的LED驅(qū)動技術(shù)是采用RDM(遠(yuǎn)程部署管理)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對LED燈具工作狀態(tài)的遙控監(jiān)測。

LED驅(qū)動電路對LED照明系統(tǒng)的影響主要有直接影響和間接影響兩類。

直接影響主要體現(xiàn)在LED驅(qū)動電源的造價(jià)、驅(qū)動電源的工作效率、抗EMI工作特性、工作可靠性、LED工作電流的調(diào)節(jié)特性、功率因數(shù)(PF)、驅(qū)動電源的保護(hù)工作特性(如過電壓、過電流、過溫度等)和LED的工作紋波電流等方面。

間接影響主要體現(xiàn)在LED照明系統(tǒng)的工作效率、工作可靠性、熱管理特性、工作安全性(例如輸出隔離或不隔離)和系統(tǒng)造價(jià)等方面。

LED驅(qū)動電路常見干擾

LED驅(qū)動電路常見的干擾有電壓下陷、電壓上突、欠電壓、過電壓、振蕩波的瞬態(tài)干擾、照明設(shè)備的瞬態(tài)干擾、輸入浪涌電流或浪涌電壓干擾、共模噪聲、差模噪聲、電壓不平衡、電壓失真等,這些干擾均會對LED照明驅(qū)動電路的正常工作造成影響,嚴(yán)重時(shí)有可能損壞LED照明驅(qū)動電路,所以在設(shè)計(jì)LED驅(qū)動電路時(shí)需考慮驅(qū)動電路的抗干擾工作性能,確保驅(qū)動電路可靠工作。
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LED恒壓和恒流驅(qū)動電源工作原理

LED線性恒流(CC)驅(qū)動電源具有電路簡單、使用元器件數(shù)量少和EMI小的特點(diǎn)。

LED采用串聯(lián)工作方式可以確保通過每只LED的工作電流一致,而LED恒壓(CV)驅(qū)動LED并聯(lián)使用時(shí)則不能確保通過每只LED的工作電流一致。

線性LED驅(qū)動電路的功耗可以用公式(VIN–n×VF)×IF表示,公式中n表示LED負(fù)載串中的LED數(shù),在LED負(fù)載電流等于或大于350mA的應(yīng)用場合,線性LED驅(qū)動電路中的功率管需用散熱片,加大了LED驅(qū)動電路的成本和體積。

(1)LED恒壓驅(qū)動電源工作原理

LED負(fù)載恒壓驅(qū)動電源工作原理圖如圖1所示,通過調(diào)節(jié)輸出取樣電阻RFB1和RFB2的取值,可以調(diào)節(jié)輸出電壓數(shù)值。由于LED的發(fā)光色溫、輸出流明數(shù)和LED的正向工作電流有關(guān),為穩(wěn)定LED光輸出,實(shí)用中不宜采用恒壓LED驅(qū)動工作方式。

要想摸透LED驅(qū)動設(shè)計(jì),必須掌握的技術(shù)都在這里
 
(2)LED恒流驅(qū)動電源工作原理

LED恒流驅(qū)動電源工作原理圖如圖2所示,穩(wěn)定的LED負(fù)載工作電流對穩(wěn)定LED的發(fā)光色溫和輸出流明數(shù)有利。所以,實(shí)用中LED負(fù)載采用恒流驅(qū)動較為有利。在圖3中,調(diào)節(jié)電流取樣電阻RFB的參數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)LED負(fù)載驅(qū)動工作電流的調(diào)節(jié)。

如果驅(qū)動電源的輸入供電電壓總是大于輸出電壓,則可以采用工作效率更高的降壓變換器或Buck變換器來為LED負(fù)載提供恒流供電。Buck變換器具有工作效率高和所需散熱片小的優(yōu)點(diǎn),但是電路結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜,并且工作噪聲較線性驅(qū)動電路的工作噪聲大。現(xiàn)在Buck變換器的開關(guān)工作頻率可以做得高于1 MHz或更高,這樣Buck變換器的外圍元器件體積小,并且,Buck變換器的體積較線性驅(qū)動電源體積要小許多。

實(shí)用中,如果LED負(fù)載驅(qū)動電源輸入直流電壓低于LED負(fù)載串的工作電壓,可以采用輸出升壓(Boost)電路來為LED負(fù)載供電。電感型輸出升壓(Boost)變換器很適用于輸出電流大于350mA的恒流LED驅(qū)動應(yīng)用場合,這時(shí)輸出電壓隨LED負(fù)載串的電流變化而變化。

如果LED負(fù)載驅(qū)動電源的直流輸入供電電壓變化范圍在LED負(fù)載串工作電壓的變化范圍內(nèi)上下浮動變化,這時(shí)可以采用Buck-boost,SEPIC,C’uk或反激變換(Flyback)電路來驅(qū)動LED負(fù)載。

常用LED驅(qū)動電路拓?fù)渑c特點(diǎn)如表1所示,公式中D表示開關(guān)變換脈沖占空比。

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