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电源驱动LED的基本原理与具体方法
作者:聚鑫德源来源:聚鑫德源浏览:138时间:2013-02-20 14:16:09字体:[ ]

原始电源有各种形式,但无论哪种电源,一般都不能直接给LED供电。因此,要用LED做照明光源首先就要解决电源变换问题。LED实际上是一个电流驱动的低电压单向导电器件,LED驱动器应具有直流控制、高效率、PWM调光、过压保护、负载断开、小型尺寸,以及简便易用等特性。设计给LED供电的电源变换器时必须要注意以下事项。

①由于LED是单向导电器件,所以要用直流电流或者单向脉冲电流给LED供电。


②由于LED是一个具有PN结结构的半导体器件,具有势垒电动势,这就形成了导通门限电压,所以加在LED上的电压值必须超过这个门限电压,LED才会充分导通。大功率LED的门限电压一般在2.5V以上,正常工作时LED的压降为3~4V。


③LED的电流、电压特性是非线性的。因为流过LED的电流在数值上等于供电电源的电动势减去LED的势垒电动势后再除以回路的总电阻(电源内阻、引线电阻、LED体电阻之和),所以流过LED的电流和加在LED两端的电压不成正比。


④由于LED的PN结具有负的温度系数,则温度升高时LED的势垒电动势会降低。因此LED不能直接用电压源供电,且必须采取限流措施,否则随着LED工作时温度的升高,电流会越来越大以致损坏LED。


⑤流过LED的电流和LED的光通量的比值也是非线性的。LED的光通量随着流过LED的电流增加而增加,但却不成正比,越到后来光通量增加得越少。因此,应使LED在一个发光效率比较高的电流值下工作。

另外,LED也和其他光源一样,其所能承受的电功率是有限的。如果加在LED上的电功率超过一定数值,LED可能损坏。由于生产工艺和材料特性方面的差异,同样型号LED的势垒电动势及LED的内阻也不完全一样,这就导致LED工作时的压降不一致,再加上LED势垒电动势具有负的温度系数,因此LED不能直接并联使用。


用原始电源给LED供电有4种情况:低电压驱动、过渡电压驱动、高电压驱动、市电驱动。不同的情况在电源变换器技术的实现上有不同的方案。下面简要地介绍上述几种电源驱动LED的方法。

1.低电压驱动LED


低电压驱动就是指用低于LED正向导通压降的电压驱动LED,如用一节普通干电池或镍铬/镍氢电池驱动LED,其正常供电电压在0。8~1。65V之间。用低电压驱动LED时需要把电压升高到足以使LED导通的电压值♂对于LED这样的低功耗照明器件,低电压驱动法是一种常见的使用情况,如LED手电筒、LED应急灯、节能台灯等。由于受单节电池容量的限制,低电压驱动电源一般不需要很大功率,但要求有最低的成本和比较高的变换效率,考虑到有时有可能需配合一节5号电池工作,故还要其有最小的体积。最佳技术方案是选用电容式升压变换器。


2.过渡电压驱动LED

过渡电压驱动是指给LED供电的电源的电压值在LED压降附近变动,这个电压有时可能略高于LED的压降,有时可能略低于LED的压降。如由一节锂电池或两节串联的铅酸电池构成的电源,电池充满电时其电压在4V以上,电池放电快结束时电压在3V以下,典型应用为LED矿灯。


过渡电压驱动LED的电源变换电路既要解决升压问题,还要解决降压问题,为了配合一节锂电池工作,也需要有尽可能小的体积和尽量低的成本。一般情况下其功率也不大,最高性价比的电路结构是电感式升、降压变换器。


3.高电压驱动LED


高电压驱动是指给LED供电的电源的电压值始终高于LED的压降,常见的电源有6V、12V、24V蓄电池。该方法的典型应用如太阳能草坪灯、太阳能庭院灯、机动车的灯光系统等。高电压驱动LED要解决降压问题,由于高电压驱动时一般是由普通蓄电池供电的,会用到比较大的功率,如机动车照明和信号灯光,因此应该有尽量低的成本。变换器的最佳电路结构是电感式降压变换器。


4.市电驱动LED


采用市电驱动LED是最有实用价值的驱动方式,也是推广LED在照明领域的应用必须要解决好的问题。用市电驱动LED要解决降压和整流问题,还要有比较高的变换效率,有较小的体积和较低的成本,还应该解决安全隔离问题。考虑到它对电网的影响,还要解决好电磁干扰和功率因数问题。对中、小功率的LED而言,其最佳电路结构是隔离式单端反激变换器:对于大功率的应用场合,应该使用桥式变换电路。

关键词: LED驱动原理
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