LED驱动电源介绍

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
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；
带旁路串联
简单并联
并 联
独立匹配并联 先并后串
先串后并
混 联
LED电源技术
LED电源输入
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。
LED电源技术
市电输入>隔离>>PWM控制方式开关电源
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。
LED电源技术
市电输入>隔离>>PWM控制方式开关电源
LED电源技术
常见的连接形式
1 串联
简单串联
带并联稳压管的串联
LED电源技术
常见的连接形式
2 并联
简单并联
独立匹配并联
LED电源技术
常见的连接形式
3 混联
先串后并
先并后串
LED电源技术
常见的连接形式 连接形式 简单串联 串 联 优点 电路简单，LED电流相 同，亮度一致 电路简单，可靠性高， LED电流相同，亮度一 致 电路简单，驱动电压低 可靠性好，单个LED保 护完善 可靠性较高，总体效果 较高，适用范围较广 缺点 可靠性不高，驱动器 输出电压高 元器件数量增加，体 积大，成本高 均流问题 电路复杂，体积大， 成本高，不适应LED 多的场合 电路复杂，并联的单 个LED或LED串需解 决均流问题
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
直流输入>线性稳压器
• 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=(179)V*350mA=2.8W PR1=0.35*0.35*5.7 =0.7W 效率=Pled/(Pic+PR1+Pled) =0.43
LED电源技术
市电输入>非隔离>>电容降压
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：
IC1 VAC / 2PIfACC1
220V，50Hz条件下，
IC1 69C1
LED电源技术
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
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伏安特性曲线
LED及其特点
LED的基本特性
（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
市电输入>非隔离>>电容降压
wk.baidu.com
电容降压简单应用电路
LED电源技术
市电输入>非隔离>>电容降压
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。
LED电源技术
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。
LED伏安特性的温度系数
LED电源技术
LED在应用中的配置形势及特点 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。
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。
LED电源技术
市电输入>隔离>>变压器降压
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
LED电源技术
市电输入>隔离>>变压器降压
LED及其特点
LED的基本工作条件
（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及其特点
为什么LED要使用恒流源？
LED电源技术
直流输入>开关型DC/DC变换器
• 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
LED电源技术
直流输入>开关型DC/DC变换器
• 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.
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
LED日光灯电源设计要点
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 * N 2、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* M 3、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。
市电输入>非隔离>>高压芯片恒流
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.
LED电源技术
市电输入>非隔离>>高压芯片恒流
高压芯片恒流电路特点
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及其特点
LED的伏安特性
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伏安特性曲线
LED及其特点
LED的伏安特性
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0.2~0.25V。 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μA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。
三 有源PFC ，采用专用芯片，PF值可达0.99，但价格翻一倍，
LED电源技术
直流输入>开关型DC/DC变换器
• 升压型LED驱动器
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
直流输入>线性稳压器
• 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。
中国计量学院
LED与LED电源
报告人：窦亮亮
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
什么是LED
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