LED驱动电源介绍.ppt

LED与LED电源,报告人：窦亮亮,中国计量学院,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,LED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,什么是LED,LED及其特点,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的伏安特性,LED伏安特性曲线,LED及其特点,OA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0.20.25V。AB段：工作区在这一区段，一般是随着电压增加电流也跟着增加，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。如果没有保护电路，会因电流增大而烧坏发光二极管。OC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A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。,LED的伏安特性,LED伏安特性曲线,LED及其特点,（1）单向导电；（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，光输出减少，正向电压降 低；（6）离散性较大,LED的基本特性,LED及其特点,（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的基本工作条件,LED及其特点,LED的伏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。,为什么LED要使用恒流源？,LED伏安特性的温度系数,LED电源技术,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在应用中的配置形势及特点,LED电源技术,1 串联,常见的连接形式,简单串联,带并联稳压管的串联,LED电源技术,2 并联,常见的连接形式,简单并联,独立匹配并联,LED电源技术,3 混联,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,LED电源技术,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；低压直流：电池、低压电源；高压直流：高压电源；低压高频交流：电子变压器等；高压低频交流：市电；低压低频交流：,LED电源输入,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(Buck-Boost)变换器,LED电源技术,线性稳压器 普通线性稳压器特点：输入输出电压之差一般要求为4-6V，导致电源效率底下。如右图，Pic=(17-9)V*350mA=2.8W PR1=0.35*0.35*5.7=0.7W效率=Pled/(Pic+PR1+Pled)=0.43,直流输入线性稳压器,LED电源技术,线性稳压器 LDO稳压器 针对传统线性稳压器存在的问题，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。,直流输入线性稳压器,LED电源技术,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,直流输入开关型DC/DC变换器,LED电源技术,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中储存能量夕咆流通过L和S 返回到电源负端。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.,直流输入开关型DC/DC变换器,LED电源技术,升压型LED驱动器,直流输入开关型DC/DC变换器,LED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,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IC1为：,220V，50Hz条件下，,市电输入非隔离电容降压,LED电源技术,电容降压简单应用电路,市电输入非隔离电容降压,LED电源技术,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。,市电输入非隔离电容降压,LED电源技术,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.,市电输入非隔离高压芯片恒流,LED电源技术,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。,市电输入非隔离高压芯片恒流,LED电源技术,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、采用集成电流源的LED驱动电路,变压器降压和全波整流、电容滤波LED驱动电路,市电输入隔离变压器降压,LED电源技术,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。,市电输入隔离变压器降压,LED电源技术,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。,市电输入隔离PWM控制方式开关电源,LED电源技术,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,市电输入隔离PWM控制方式开关电源,LED电源设计要点,根据电网的用电规则和LED驱动电源的特性要求，在选择和设计LED驱动电源时要考虑到以下几点 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。,LED电源设计要点,在设计LED日光灯电源以前，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。,LED日光灯电源设计要点,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LED日光灯工作在输入电压范围比较宽的范围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,LED日光灯电源设计要点,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PFC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。,LED日光灯电源设计要点,LED日光灯电源设计要点,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D1和D3就会被正向偏置，这样使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。,LED日光灯电源设计要点,无源PFC（填谷式）,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,可以带的灯珠数是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。,LED日光灯电源设计要点,感谢您的关注,