LED驱动电源方案全攻略

L E D驱动电源方案全攻

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LED驱动电源方案全攻略

一、什么是LED

LED（Light Emitting Diode），又称发光二极管，它们利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射产生可见光。

二、LED有哪些优点

★高效节能一千小时仅耗几度电（普通60W白炽灯十七小时耗1度电，普通10W节能灯一百小时耗1度电）

★超长寿命半导体芯片发光，无灯丝，无玻璃泡，不怕震动，不易破碎，使用寿命可达五万小时（普通白炽灯使用寿命仅有一千小时，普通节能灯使用寿命也只有八千小时）★光线健康光线中不含紫外线和红外线，不产生辐射（普通灯光线中含有紫外线和红外线）

★绿色环保不含汞和氙等有害元素，利于回收和利用，而且不会产生电磁干扰（普通灯管中含有汞和铅等元素，节能灯中的电子镇流器会产生电磁干扰）

★保护视力直流驱动，无频闪（普通灯都是交流驱动，就必然产生频闪）

★光效率高，发热小：90%的电能转化为可见光（普通白炽灯80%的电能转化为热能，仅有20%电能转化为光能）

★安全系数高所需电压、电流较小，发热较小，不产生安全隐患，可用于矿场等危险场所

★市场潜力大低压、直流供电，电池、太阳能供电即可，可用于边远山区及野外照明等缺电、少电场所。

三、权威预测

半导体照明将在未来5-10年内取代现有传统光源。

“未来白光LED将更加便宜，市场总体容量将快速增长。”许志鹏乐观地指出，据美国能源部预测，2010年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯被LED替代，可能形成一个500亿美元的大产业。而日本提出，LED将在今年大规模替代传统白炽灯。日、美、欧、韩等国均已正式启动LED照明战略计划。

美国能源部预测，到2010年前后，美国将有55%的白炽灯和荧光灯将被嵌在芯片上的发光体---半导体灯替代。日本计划到2008年用这种半导体灯替代50%的传统照明灯具。科学家测量发现，在同样亮度下，LED的电能消耗仅为白炽灯的1／10，寿命则是白炽灯的 100倍。由于ＬＥＤ具有节能、环保、寿命长、体积小等优点，专家们称其为人类照明史上继白炽灯和荧光灯之后的又一次飞跃。根据美国能源部（DOE）的预计，传统照明器件的彻底更新换代将在2010年开始启动，然而许多LED供应商都希望将这个启动时间再提前一到两年。

四、继澳大利亚欧盟欲让白炽灯两年内“下课”

2007年3月9日，在英国伦敦街头，成串的彩灯闪烁。刚刚结束的欧盟首脑会议通过了一系列旨在提高能效的措施。9日结束的欧盟春季首脑会议已经达成协议，两年内欧洲各国将逐步用节能荧光灯取代能耗高的老式白炽灯泡，以减少温室气体排放。在这之前，澳大利亚已率先通过停止使用白炽光灯泡法令。

五、LED照明产值将超千亿美元同方正发力

同方股份副总裁兼董秘孙岷近日向记者透露，公司的高亮度LED照明项目已基本实现产业化，目前已经有20条生产线投产，其产业化技术达到世界先进水平，规划2008年年底生产线将达到50条，形成绿色照明的规模化效应。预计我国2008年应用市场规模将达540亿元，到2010年，中国半导体照明及相关产业产值将超过1000亿美元的规模，其中高亮度芯片国内增长率将高达100％。

六、首尔半导体期望能取得全球照明市场之中1，000亿美元的份额。

韩国首尔半导体公司现正计划用LED取代传统的照明灯，目前 Acriche 60流明/瓦特的亮度在2007年第四季提升五成至80流明/瓦特，而每一模组为250流明; 在2008年第四季达至120流明/瓦特，而每一模组为400流明，期望能取得全球照明市场之中1，000亿美元的份额。

七、澳大利亚与新西兰将率先停止使用白炽光灯泡

澳大利亚政府最近宣布，为了减少温室气体的排放量，澳大利亚将禁止除医疗用以外的白炽灯的使用。据此，到2012年时澳大利亚将减少400万吨温室气体的排放。

而据2007年2月21日《The Dominion Post》报道，新西兰能源部长David Parker建议参照澳大利亚的做法，新西兰也应在未来两到三年内禁止使用普通白炽光灯泡，用节能环保的荧光灯泡（Florescent Eco Bulb）取代。澳大利亚环境部长Malcolm Turnbull说，澳大利亚2010

年将推行新的民用照明标准，通过新标准的实施，2012年可减少温室气体排放400万吨。

据悉，这种新型荧光灯泡主要从中国进口。

八、为什么首选楼道灯来应用LED

1，目前比较而言，LED的售价还较高，楼道灯是共用设施，共同承担大家就能接受。

2，楼道灯现在普遍是使用白炽灯，若换用LED灯，节电的效果就特别明显。

3，楼道灯在白天是熄灭的。晚上就频繁的启动或关断。不要说是节能灯，就是白炽灯都会很快的玩完。但是LED灯却是不怕，因为它的发光机理与白炽灯和节能灯都不同，就恰恰非常的适应在高速的开关工作状态，绝对不会因为是这个原因而损坏。

4，LED灯的寿命很长，就免除了楼道灯经常需要维修的尴尬状况。

5，楼道灯是物业交电费，投入是一次性的，节约80%的电费是长期的，物业部门最合算。

九、LED灯能直接替换现在的楼道灯吗

不能。由于现在大家使用的楼道灯是白炽灯，根本就无法用LED灯或节能灯去替换，所以如果要换用LED灯就必须也要同时换用声光控开关。现在有专用的一体化的LED声光控楼道灯，直接就使用220V的市电，非常方便使用。我们将强烈建议楼道灯的使用电压用直流的24V，其好处和原因我们会另文介绍。随着技术发展和成本的降低，LED灯取代节能灯也就成为必然的了。

十、驱动电源">LED驱动电源的分类及特性

1、按驱动方式可分为两大类：

（1）恒流式：

a、恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；

b、恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路。

c、恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高。

d、应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED的使用数量；

（2）稳压式：

a、当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化；

b、稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路。

c、以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；

d、亮度会受整流而来的电压变化影响。 2、按电路结构方式分类

（1）电阻、电容降压方式：通过电容降压，在闪动使用时，由于充放电的作用，通过LED的瞬间电流极大，容易损坏芯片。易受电网电压波动的影响，电源效率低、可靠性低。

（2）电阻降压方式：通过电阻降压，受电网电压变化的干扰较大，不容易做成稳压电源，降压电阻要消耗很大部分的能量，所以这种供电方式电源效率很低，而且系统的可靠也较低。

（3）常规变压器降压方式：电源体积小、重量偏重、电源效率也很低、一般只有45%～60%，所以一般很少用，可靠性不高。

（4）电子变压器降压方式：电源效率较低，电压范围也不宽，一般180～240V，波纹干扰大。

（5）RCC降压方式开关电源：稳压范围比较宽、电源效率比较高，一般可以做到70%～80%，应用也较广。由于这种控制方式的振荡频率是不连续，开关频率不容易控制，负载电压波纹系数也比较大，异常负载适应性差。

（6）PWM控制方式开关电源：主要由四部分组成，输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关能量转换部分。PWM开关稳压的基本工作原理就是在输入电压、内部参数及外接负载变化的情况下，控制电路通过被控制信号与基准信号的差值进行闭环反馈，调节主电路开关器件导通的脉冲宽度，使得开关电源的输出电压或电流稳定（即相应稳压电源或恒流电源）。电源效率极高，一般可以做到80%～90%，输出电压、电流稳定。一般这种电路都有完善的保护措施，属高可靠性电源。

从以上介绍可以看出PWM控制方式设计的LED电源是比较理想的LED电源。目前珠海市南宇星电子公司生产的“金兴”牌LED开关电源就是PWM控制技术的开关电源，该类LED电源经用户使用反映效果很好。

一、刚刚开始起步成本高

照明成本不仅涉及灯具的初始成本，还涉及灯具所消耗的能源成本，灯具无法正常工作时更换灯具所需的劳动成本，以及所需灯具更换的平均频率。从这一概念出发就很容易理解，为什么LED光源是白炽灯光源价格的50倍左右时，LED交通信号灯的市场就开始启动，而当达到28倍时，就已形成新兴产业。目前半导体照明主要以光色照明和特殊照明为主，以后将向普通照明扩展。具体来讲，近几年内，半导体照明市场将广泛应用在各种信号灯、景观照明、橱窗照明、建筑照明、广场和街道的美化、家庭装饰照明、公共娱乐场所美化和舞台效果照明等领域。事实上，我们身边已经随处可见它的身影：电脑显示灯、手机按键和屏幕的背光源、汽车尾灯、建筑物灯光、交通信号灯……等等。

二、不一致性带来的问题：

理论上LED都一样，都是能发光的二极管，而实际上所有LED的电性能都是有差异的，众多的厂家都在抢生产进度、抓数量；每个厂家的生产工艺是不一致的，甚至相差很大，就是同一厂家的不同时间的工艺都是有差异的；生产发光二极管的半导体材料的纯度要求非常高，不同厂家使用的半导体原材料的纯度是有差异的，这就使LED的发光强度与驱动电流是不完全相同的，或者相差很大，而且耐过电流能力和发热的差异也就自然而然的不同了；由于封装工艺和封装材料的不同，使得整体的散热能力是不一样的，所有的厂家都在研究和开发新材料，以求解决组合材料的热彭胀与散热的问题。由此不难看出，LED发光二极管在短期内仍存在个体之间的很大的差异，如果每个灯只用一个LED，那是很好控制的，而且是真正的长寿命，例如电视机、DVD上的电源指示灯就是如此；而当我们用 LED制作照明灯具时，就不是用单个的LED，而是用多个，或上百上千个LED排成阵列接入电路，再者，需要的亮度就不是指示灯所能做到的，而电流大了、小了亮度都要减弱，且会使寿命大打折扣，甚而致于未出厂就坏掉了；因LED的差异性总是存在的，在多个LED组成的连路中，当有几个坏掉时（通常是短路），会使电流增大而损坏其他的LED。这就是不一致性带的结果，也是制约其发展的因素之一。

三、驱动电路复杂成本高、故障率高

a.在电压匹配方面，LED不象普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。LED是2--3.伏的低电压驱动，必须要设计复杂的变换电路，不同用途的LED灯，要配备不同的电源适配器。

b.在电流供应方面，LED的正常工作电流在15mA-18mA，供电电流小于15mA时LED的发光强度不够，而大于20mA时，发光了强度也会减弱，同时发热大增，老化加快、寿命缩短，当超过40mA时会很快损坏。为了延长LED照明灯的使用寿命，简易电源是不能使用的，而常用集成电路电源、电子变压器、分离元件电源等，但都要设计恒流源电路和恒压源电路供电的方式，大电流驱动时，要配大功率管或可控硅器件，另加保护电路，这样就使LED 的电源供应器电路很复杂，故障率增加。元件成本、生产成本、服务成本都将升高。而目前LED本身的成本就高，加上电源的成本，这就大大地限制了市场的竞争力与购买群体，LED照明灯的优势大打折扣，这也是制约其发展与普及的又一关键问题。

四、解决问题的方法与可行性分析：

解决问题的方法可用自复位过流保护器WHPTC元件

如果用WHPTC过流保护器作保护，将是另外一种结果，从原理可知，当电路的电流超过规定值时会讯速的自动保护，在排除故障后又自动复位，无需人工更换。对LED而言，电压的变化不是LED损坏的直接原因，而电流的增大才是LED的真正杀手。显而易见，利用WHPTC 的这个特性，在LED的电路保护上具有绝对的优势，让简易电源供电变为现实。实践证明，在LED电路出现故障以前就有效保护了。在简易电源上，这个优势特别突出。对如下3图分析可见，因有了WHPTC后可省去恒流、恒压电路， LED的质量也提高了。器件成本、生产成本、故障率、服务成本等，都大大降低。也大大增加了产品的市场竞争力。所以谁先使用WHPTC，谁先占领市场。

使用WHPTC前后的拓扑结构比较图

浅谈LED产品老化我们在应用LED时经常会出现这样种问题，LED焊在产品上刚开始的时候是正常工作的，但点亮一段时间以后就会出现暗光、闪动、故障、间断亮等现象，给产品带来严重的损害。引起这种现象的原因大致有：

1．应用产品时，焊接制程有问题，例如焊接温度过高焊接时间过长，没有做好防静电工作等，这些问题95％以上是封装过程造成。

2．LED本身质量或生产制程造成。预防方法有：

1.做好焊接制程的控制。

2.对产品进行老化测试。

老化是电子产品可靠性的重要保证，是产品生产的最后必不可少的一步。LED产品在老化后可以提升效能，并有助于后期使用的效能稳定。LED老化测试在产品质量控制是一个非常重要的环节，但在很多时候往往被忽视，无法进行正确有效的老化。LED老化测试是根据产品的故障率曲线即浴盆曲线的特征而采取的对策，以此来提高产品的可靠性，但这种方法并不是必需的，毕竟老化测试是以牺牲单颗LED产品的寿命为代价的。

LED老化方式包括恒流老化及恒压老化。恒流源是指电流在任何时间都恒定不变的。有频率的问题，就不是恒流了。那是交流或脉动电流。交流或脉动电流源可以设计成有效值恒定不变，但这种电源无法称做「恒流源」。恒流老化是最符合LED电流工作特征亲羁蒲У腖ED 老化方式；过电流冲击老化也是厂家最新采用的一种老化手段，通过使用频率可调，电流可调的恒流源进行此类老化，以期在短时间内判断LED的质量预期寿命，并且可挑出很多常规老化无法挑出的隐患LED。有效防止高温失灵-PTC热敏电阻用作LED限流器近年来，发光二极管（简称LED）的发展已取得巨大进步：已从纯粹用作指示灯发展为光输出达100流明以上的大功率LED。不久之后，LED照明的成本将降至与传统冷阴极荧光灯（简称CCFL）类似的水平。

这使得人们对LED的下述应用兴趣日浓：汽车照明灯、建筑物内外的LED光源、以及笔记本电脑或电视机LCD屏的背光。大功率LED技术的发展提高了设计阶段对散热的要求。就像所有其它半导体一样，LED不能过热，以免加速输出的减弱，或者导致最坏状况：完全失效。与白炽灯相比，虽然大功率LED具有更高效率，但是输入功率中相当大的一部分仍变成热能而非光能。因而，可靠的运作就需要良好的散热，并要求在设计阶段就考虑高温环境。设计LED驱动电路尺寸时，也必须考虑温度因素：必须选择其正向电流，以确保即使环境温度达到最高值，LED芯片也不会过热。随着温度的升高，就需要通过降低最高容许电流，即降低额定值，来实现降温。LED制造商把降额曲线纳入其产品规格中。有关此类曲线，参见图1。

图1 LED降频曲线

利用无温度依赖性的电源运行LED存在弊端：在高温区域内，LED则超出规格范围运行。此外，当处于低温区域时，照明源就由明显低于最大容许电流（参见图1红色曲线）的电流供电。，通过LED驱动电路中的正温度系数热敏电阻（简称PTC热敏电阻）来控制LED电流是一个重大改进。这至少可以带来下列好处：

*在室温下增加正向电流，从而增加光输出

*因为可以减少LED使用量，所以可以使用价格较低的驱动集成电路（简称IC）乃至一个不带温度管理的驱动电路来节约成本

*实现无需IC控制的驱动电路设计，此电路亦可使LED电流随温度改变

*能够使用较便宜减额值较高安全裕量较小的LED

*过热保护功能提高了可靠性

*带散热片的热机械设计更为简单

大多数LED用驱动电路形式具有一个共同点：即流经LED的正向电流是通过固定电阻进行设置（参见图2）。一般说来，流经LED ILED的电流取决于Rout，即ILED ~ 1/Rout。由于Rout 不随温度而变，因此LED电流也不受温度影响。

将固定电阻换成随温度变化的电路，即可实现对LED电流的温度管理。下列图表阐明了如何使用PTC热敏电阻来改善标准电路。

示例1：有反馈回路的恒流源

图2中电路1为常用的驱动电路。其恒流源包括一条反馈回路。当调节电阻两端的反馈电压达到因IC而异的VFB时，LED电流就不变了。LED电流因而被稳定在ILED=VFB/Rout。

图2 LED的传统驱动方式

图3所示为上一电路改良型：此电路借由PTC热敏电阻，生成随温度变化的LED电流。通过正确选择PTC热敏电阻、Rseries以及 Rparallel，此电路与专用驱动IC和LED组合相匹配。其中，LED电流可经由下列方程式计算得出：

图3所示电路阐明了LED电流（参见图3）的温度依赖性。与针对最高运行温度为60度的恒流源相比较，使用PTC热敏电阻后LED电流可在0度和40度之间提升达40%，并且LED 亮度也能提高同等百分比。

图3 采用PTC热敏电阻的温度监测和电流降频

示例2：调节电阻与LED无串联的恒流源

图2所示电路2为另一常见的恒流源电路：电流通过连接驱动IC的电阻得以确定。然而在这种情况下，调节电阻并未与LED串联。Rset和 ILED之间的比率由IC规格明确。因此，运用20KΩ的串联电阻和TLE4241G型驱动IC，最终产生的LED电流为30mA。图4所示为标准电路改良型，其中也含有一个PTC热敏电阻，尽管此处采用WHPTC热敏电阻。在感测温度，元件电阻可达Ω，且容许误差值为±5℃（标准系列）或±3℃（容许误差值精确系列）。