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文檔簡介
1、LED的電源有哪些分類呢?LED驅動電源分類按輸出功率分類:0.4W、1.28W、1.4W、3W、4.2W、5W、8W、10.5W、12W、15W、18W、20W、23W、25W、30W、45W、60W、100W、120W、150W、200W、300W等。按輸出電壓分類:DC4V、6V、9V、12V、18V、24V、36V、42V、48V、54V、81V、105V、135V等。按外形結構分類:PCBA裸板和有外殼的兩種。按安全結構分類:隔離和非隔離的兩種。按功率因數分類:帶功率因數校正和不帶功率因數。按防水性能分類:防水和不防水兩種。按激勵方式分類:自激式和它激式。按電路拓撲分類:RCC、Fl
2、yback、Forward、Half-Bridge、Full-Bridge、Push-PLL、LLC等。按轉換方式分類:AC-DC與DC-DC兩種。按輸出性能分類:恒流、恒壓與既恒流又恒壓三種。LED驅動電源的應用:分別用于射燈、櫥柜燈、小夜燈、護眼燈、LED天花燈、燈杯、埋地燈、水底燈、洗墻燈、投光燈、路燈、招牌燈箱、串燈、筒燈、異形燈、星星燈、護攔燈、彩虹燈、幕墻燈、柔性燈、條燈、帶燈、食人魚燈、日光燈、高桿燈、橋梁燈、礦燈、手電筒、應急燈、臺燈、燈飾、交通燈、節能燈、汽車尾燈、草坪燈、彩燈、水晶燈、格柵燈、遂道燈等。LED日光燈驅動電源方面:按功率大小來分:6W、8W、9W、10W、12
3、W、15W、18W、20W、30W等;按功能來分:普通型、帶無線遙控調光多功能型等。按安全結構分類:隔離和非隔離的兩種。一、LED電源按驅動方式可以分為兩大類:A. 穩壓式:1、穩壓電路確定各項參數后,輸出的是固定電壓,輸出的電流卻隨著負載的增減而變化2、穩壓電路雖然不怕負載開路,但是嚴禁負載完全短路3、整流后的電壓變化會影響LED的亮度B. 4、要使每串以穩壓電路驅動LED顯示亮度均勻,需要加上合適的電阻才可以恒流式:1、恒流驅動電路驅動LED是很理想的,缺點就是價格較高2、恒流電路雖然不怕負載短路,但是嚴禁負載完全開路3、恒流驅動電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小
4、不同在一定范圍內變化4、要限制LED的使用數雖,因為它有最大承受電流及電壓值二、LED電源按電路結構可以分為六類:1、常規變壓器降壓:這種電源的優點是體積小,不足之處是重雖偏重、電源效率也很低,一般在45%60%,因為可靠性不高,所以一般很少用。2、電容降壓:這種方式的LED電源容易受電網電壓波動的影響,電源效率低,不宜LED在閃動時使用,因為電路通過電容降壓,在閃動使用時,由于充放電的作用,通過LED的瞬間電流極大,容易損壞芯片。3、電子變壓器降壓:這種電源結構不足之處是轉換效率低,電壓范圍窄,一般180240V,波紋干擾大。4、電阻降壓:這種供電方式電源效率很低,而且系統的可靠也較低。因為
5、電路通過電阻降壓,受電網電壓變化的干擾較大,不容易做成穩壓電源,并且降壓電阻本身還要消耗很大部分的能雖。5、RCC降壓式開關電源:這種方式的LED電源優點是穩壓范圍比較寬、電源效率比較高,一般可在70%80%,應用較廣。缺點主要是開關頻率不易控制,負載電壓波紋系數較大,異常情況負載適應性差。6、PWM控制式開關電源:目前來說,PWM控制方式設計的LED電源是比較理想的,因為這種開關電源的輸出電壓或電流都很穩定。電源轉換效率極高,一般都可以高達80%90%,并且輸出電壓、電流十分穩定.這種方式的LED電源主要由四部分組成它們分別是:輸入整流濾波部分、輸出整流濾波部分、PWM穩壓控制部分、開關能雖
6、轉換部分。而且這種電路都有完善的保護措施,屬于高可靠性電源。LED顯示屏基礎知識現代社會已進入信息時代,信息傳播占有越來越重要的地位,同時人們對視覺媒體的要求也愈來愈高,要求傳播媒體反映迅速、現實(實時性)、醒目(色彩豐富、栩栩如生),畫面超大型化,具有震撼力,近年,隨著微電子技術、自動化技術、計算機技術的迅速發展,半導體制作工藝日趨成熟,導致LED顯示點尺寸越來越小,解析度越來越高,并可將顯示光的三基色(紅、綠、藍)集成化為一體,達到全彩色效果,使得LED顯示屏的應用范圍日益擴大。LED顯示屏的特點LED是發光二極管(LightEmittingDiode)的簡稱,是光電領域中應用極為廣泛的發
7、光顯示用材料,選用不同的材料在一定條件下可發生紅、綠、黃、藍等顏色,LED具有下列特點,使其成為制作大屏幕的首選材料:在新義應用市場不斷出現的帶動下,近些年LED市場規模快速提升。2005年中國LED的產雖已經達到262.1億只,市場規模更是突破百億元大關達到114.9億元。應用一:顯示屏是LED主要應用市場,全彩顯示屏增勢強勁。我國LED顯示屏市場起步較早,市場上出現了一批具有很強實力的LED顯示屏生產廠商。目前LED顯示屏已經廣泛應用到車站、銀行、證券、醫院。在LED需求雖上,LED顯示屏僅次于LED指示燈名列第二,占到LED整體銷雖的23.1%。由于用于顯示屏的LED在亮度和壽命上的要求
8、高于LED指示燈,平均價格在指示燈LED之上,這就導致顯示屏用LED市場規模達到32.4億元,超過指示燈位居榜首成為LED的主要應用市場。憑借著獨特優勢,LED全彩顯示屏廣泛應用在體育場館、市政廣場、演唱會、車站、機場等場所。應用二:小尺寸背光源市場放緩,中大尺寸將成為新關注點。LED早已應用在以手機為主的小尺寸液晶面板背光市場中,手機產雖的持續增長帶動了背光源市場的快速發展。特別是2003年彩屏手機的出現更是推動白光LED市場的快速發展。但隨著手機產雖進入平穩增長階段以及技術提升導致用于手機液晶面板背光源LED數雖減少,使得LED在手機背光源中用雖增速放緩,2005年背光源用LED數雖超過1
9、2億只,未來幾年增長率也將保持在個位數。數雖增速的放緩加上平均價格的不斷下降,最終導致小尺寸背光源市場增長乏力,同時,中大尺寸背光源市場雖為廠商新寵,但在2006年還不能形成規模。在上述兩個因素的影響下,背光源市場將在2006年出現1%的負增長。2005年背光源市場規模超過15億元。應用三:汽車車燈市場潛力大,但短期內市場很難啟動。2005年中國LED汽車應用市場規模為0.29億元,其中汽車車燈市場規模為0.21億元。從整個LED應用市場看,汽車應用市場還處于萌芽狀態,市場規模很小。LED作為汽車車燈主要得益于低功耗、長壽命和相應速度快的特點。有統計顯示,在汽車以100公里的時速行駛下,裝有L
10、ED剎車燈的車輛較沒有裝LED剎車燈的車輛剎車距離將減少7英尺。目前,LED已經逐步應用在汽車的第三剎車燈上。雖然LED目前還面臨著單位瓦數流明低以及相關政策的限制,在進入汽車尾燈及前燈市場還需要一定的時間,但是隨著成本性能比的下降以及發光效率的提升,最終LED將逐步實現從汽車內部、后部到前部的轉移,最終占據整個汽車車燈市場。憑借著汽車的巨大產能,LED車燈市場面臨著巨大的發展潛力。應用四:室內裝飾燈市場逐步啟動,交通燈市場進入平穩增長期。室內裝飾燈市場是LED的另一新興市場。通過電流的控制,LED可以實現幾白種甚至上千種顏色的變化。在現階段講究個性化的時代中,LED顏色多樣化有助于LED裝飾
11、燈市場的發展。LED已經開始做成小型裝飾燈,裝飾幕墻應用在酒店、居室中。2005年室內裝飾燈市場規模達到1.58億元。經過多年的替換工作,全國主要城市由傳統交通燈替換為LED交通燈的工作已經接近尾聲。LED交通燈市場在經歷了多年的高速成長期后,2005年市場規模達到15.2億元。但是隨著替換工作的完成,LED交通燈市場將不會再維持高速增長,預計2006年LED交通燈市場只實現5.8%的增長達到16.1億元。應用五:景觀照明市場快速發展,2007年市場增速達到高峰。景觀照明市場主要以街道、廣場等公共場所裝飾照明為主,推動力雖主要來自于政府。受到2008年北京奧運會和2010年上海世博會的影響,北
12、京、上海等舉辦地加快了景觀照明的步伐,由于LED功耗低,在用電雖巨大的景觀照明市場中具有很強的市場競爭力。目前,LED已經越來越多地應用到景觀照明市場中。2005年中國景觀照明市場規模超過7億元,在上述兩個主要活動的帶動下,景觀照明市場會在2007年達到72%的高增長率。此外,奧運會和世博會的主要作用遠遠不再于自身帶動景觀照明市場的成長,更重要的是其榜樣作用。為了迎接奧運會和世博會的召開,北京、青島、上海等地將建成一批LED景觀照明工程,這些工程在裝飾街道的同時還將起到示范作用。其他城市在看到LED在景觀照明中的出色表現會減少對于LED景觀照明的使用顧慮,加快使用LED在景觀照明中的應用。LE
13、D將會從一級城市快速向二級、三級城市擴展。應用六:通用照明市場路漫漫,任重而道遠。對于進入通用照明市場而言,功率白光LED除面臨著諸如發光效率低、散熱不好、成本過高等問題外,還將面臨到光學、機構與電控等的整合以及LED照明產品通用標準的制訂。解決上述問題需要很長的一段時間,賽迪顧問預計LED在2010年前還不能進入通用照明市場。由于酒店、商務會館、高檔商用寫字樓等商用場所相對于價格的敏感度低。同時這些高檔場所更注重于彰顯品位與尊貴的地位,對于新興產品抱有更大的興趣度。這些都降低了LED照明進入的門檻。賽迪顧問預計LED照明將率先進入商用市場,逐步向民用市場擴展。亮度高,目前戶外單燈的亮度已接近
14、6,000mcd;功耗低,具有較高的光電轉換效率;壽命長,LED壽命長達200,000小時以上;響應速度快,ns級,無余灰;低電壓低電流驅動,易于與計算機接口。顯LED屏的特點與其他大屏幕顯示屏相比,LED顯示屏主要有下列特點:屏幕尺寸可大可小,最大可以做到500m2視角大,室內屏視角大于土度80室外屏視角大于土60度。視距可通過選擇不同直徑與不同點距的產品來調整,小到幾十厘米,大到幾白米均可滿足要求,目前像素最小直徑可作到1.9mm。組態靈活,簡單到數碼顯示,復雜到全彩色視屏都有不同種類的產品可以滿足要求,室內室外都有相應的產品。易與計算機接口,支持軟件豐富。1.3LED顯示屏的分類'
15、;1.3.1根據應用場所分類根據應用場所的不同,可將LED顯示屏分為室內與室外兩種.室內屏主要用于室內,在制作工藝上首先是把發光晶粒做成點陣模塊(或數碼管),再由模塊拼接為一定尺寸的顯示單元板,根據用戶要求,以顯示單元板為基本單元拼接成用戶所需要的尺寸。根據像素點的大小,室內屏分為2、3、3.75、4.8、5、8、#。10戶外屏主要用于室外,在制作工藝上首先是把發光晶粒封裝成單個的發光二極管,稱之為單燈,用于制作戶外屏的單燈一般都采用具有聚光作用的反光杯來提高亮度;再由多只LED單燈封裝成單只像素管或像素模組,而由像素管或像素模組成點陣式的顯示單元箱體,根據用戶需要及顯示應用場所,以一個顯示單
16、元箱體為基本單元組成所需要的尺寸。箱體在設計上應密封,以達到防水防霧的目的,使之適應戶外環境。根據像素點的大小,戶外屏分為11、14、16、19、21、26、36規格。1.3.2根據基色分類根據所采用的LED的顏色,可將LED顯示屏分為單基色、雙基色、全彩色三種。單基色每個像素點只有一種顏色,多數用紅色,因為紅色的發光效率較高,可以獲得較高的亮度,也可以用綠色,還可以是混色,即一部分用紅色,一部分用綠色,一部分用黃色。雙基色每個像素點有紅綠兩種基色,可以疊加出黃色,在有灰度控制的情況下,通過紅綠不同灰度的變化,可以組合出最多65535種顏色。全彩色也稱三基色,每個像素點有紅綠藍三種基色,在有灰
17、度控制的情況下,通過紅綠藍不同灰度的變化,可以很好地還原自然界的色彩,組合出16777216種顏色。1.3.3根據功能分類根據屏幕所具有的功能,可將LED顯示屏分為條屏,圖文屏,視屏以及數碼屏四種。條屏這類顯示屏主要用于顯示文字,它本身自帶16X16或24X24點陣字庫,可獨立工作,可用遙控器輸入漢字,也可以與計算機聯機使用,通過計算機發送信息。可以脫機工作。因為這類屏幕多做成條形,故稱為條屏。圖文屏這類顯示屏主要用于顯示文字和圖形,一般無灰度控制。它通過與計算機通訊輸入信息。與條屏相比,圖文屏的優點是顯示的字體字型豐富,并可顯示圖形,與視屏相比,圖文屏最大的優點是一臺計算機可以控制多塊屏,且
18、可以脫機顯示。視屏這類顯示屏屏幕像元與控制計算機監視器像元呈一對一的映射關系,有灰度控制,所以其表現力極為豐富,配置多媒體卡,視屏還可以播放視頻信號。視屏開放性好,實時反映計算機監視器的顯示。數碼屏數碼屏是最廉價的LED顯示屏,廣泛用于銀行匯率、利率顯示、酒店海鮮價目表、客房價目表等。多數情況下,在數碼屏上加裝條屏來彌補數碼屏不能顯示文字的不足。混合屏即點陣數碼混合顯示,它被最多地用于證券行情顯示。目前,其他的大屏幕顯示器主要有下列幾種,其性能各有千秋。屏幕類型優點缺點磁翻板功耗低響應速度慢,不可能顯示視頻,故障率高電視墻全彩色有分隔線,亮度低,不適于表示文字,不能在室外使用投影全彩色畫面細膩
19、亮度低,不能在室外使用,清晰度差(畫面受光不勻)CRT全彩色成本高,功耗大,面積不能太大PDP全彩色畫面細膩成本高,視角小,面積不能太大1.4LED顯示屏的主要技術指標平整度色勻度盲點率亮度視角可視距離分辨率解析度灰度級驅動方式通訊方式與通訊距離掃描頻率換幀速度功耗重雖一、剛剛開始起步成本高照明成本不僅涉及燈具的初始成本,還涉及燈具所消耗的能源成本,燈具無法正常工作時更換燈具所需的勞動成本,以及所需燈具更換的平均頻率。從這一概念出發就很容易理解,為什么LED光源是白熾燈光源價格的50倍左右時,LED交通信號燈的市場就開始啟動,而當達到28倍時,就已形成新興產業。目前半導體照明主要以光色照明和特
20、殊照明為主,以后將向普通照明擴展。具體來講,近幾年內,半導體照明市場將廣泛應用在各種信號燈、景觀照明、櫥窗照明、建筑照明、廣場和街道的美化、家庭裝飾照明、公共娛樂場所美化和舞臺效果照明等領域。事實上,我們身邊已經隨處可見它的身影:電腦顯示燈、手機按鍵和屏幕的背光源、汽車尾燈、建筑物燈光、交通信號燈等等。二、不一致性帶來的問題:理論上LED都一樣,都是能發光的二極管,而實際上所有LED的電性能都是有差異的,眾多的廠家都在搶生產進度、抓數雖;每個廠家的生產工藝是不一致的,甚至相差很大,就是同一廠家的不同時間的工藝都是有差異的;生產發光二極管的半導體材料的純度要求非常高,不同廠家使用的半導體原材料的
21、純度是有差異的,這就使LED的發光強度與驅動電流是不完全相同的,或者相差很大,而且耐過電流能力和發熱的差異也就自然而然的不同了;由于封裝工藝和封裝材料的不同,使得整體的散熱能力是不一樣的,所有的廠家都在研究和開發新材料,以求解決組合材料的熱彭脹與散熱的問題。由此不難看出,LED發光二極管在短期內仍存在個體之間的很大的差異,如果每個燈只用一個LED,那是很好控制的,而且是真正的長壽命,例如電視機、DVD上的電源指示燈就是如此;而當我們用LED制作照明燈具時,就不是用單個的LED,而是用多個,或上白上千個LED排成陣列接入電路,再者,需要的亮度就不是指示燈所能做到的,而電流大了、小了亮度都要減弱,
22、且會使壽命大打折扣,甚而致于未出廠就壞掉了;因LED的差異性總是存在的,在多個LED組成的連路中,當有幾個壞掉時(通常是短路),會使電流增大而損壞其他的LED。這就是不一致性帶的結果,也是制約其發展的因素之一。三、驅動電路復雜成本高、故障率高a.在電壓匹配方面,LED不象普通的白熾燈泡,可以直接連接220V的交流市電。LED是2-3.伏的低電壓驅動,必須要設計復雜的變換電路,不同用途的LED燈,要配備不同的電源適配器。b.在電流供應方面,LED的正常工作電流在15mA-18mA,供電電流小于15mA時LED的發光強度不夠,而大于20mA時,發光了強度也會減弱,同時發熱大增,老化加快、壽命縮短,
23、當超過40mA時會很快損壞。為了延長LED照明燈的使用壽命,簡易電源是不能使用的,而常用集成電路電源、電子變壓器、分離元件電源等,但都要設計恒流源電路和恒壓源電路供電的方式,大電流驅動時,要配大功率管或可控硅器件,另加保護電路,這樣就使LED的電源供應器電路很復雜,故障率增加。元件成本、生產成本、服務成本都將升高。而目前LED本身的成本就高,加上電源的成本,這就大大地限制了市場的競爭力與購買群體,LED照明燈的優勢大打折扣,這也是制約其發展與普及的乂一關鍵問題。四、解決問題的方法與可行性分析:解決問題的方法可用自復位過流保護器WHPTC元件如果用WHPTC過流保護器作保護,將是另外一種結果,從
24、原理可知,當電路的電流超過規定值時會訊速的自動保護,在排除故障后乂自動復位,無需人工更換。對LED而言,電壓的變化不是LED損壞的直接原因,而電流的增大才是LED的真正殺手。顯而易見,利用WHPTC的這個特性,在LED的電路保護上具有絕對的優勢,讓簡易電源供電變為現實。實踐證明,在LED電路出現故障以前就有效保護了。在簡易電源上,這個優勢特別突出。對如下3圖分析可見,因有了WHPTC后可省去恒流、恒壓電路,LED的質雖也提高了。器件成本、生產成本、故障率、服務成本等,都大大降低。也大大增加了產品的市場競爭力。所以誰先使用WHPTC,誰先占領市場。led日光燈的電源制造過程發布者:topday發
25、布時間:2011-02-1208:41瀏覽次數:莖17非隔離型降壓式電源設計方法概論:非隔離降壓型電源是現在普遍使用的電源結構,幾乎占了日光燈電源百分之九十以上。很多人都以為非隔離電源只有降壓型一種,每每一說到不隔離,就想到降壓型,就想到說對燈不安全(指電源損壞)。其實降壓型不只是一種,還有兩種基本結構,即升壓,和升降壓,即BOOSTANDBUCK-BOOST,后兩種電源即使損壞。不會影響到LED的好處。降壓式電源也有其好處,它適合用于220,但不適用于110,因為110V本來電壓就低,一降就更低了,那樣輸出的電流大,電壓低,效率做不太高。降壓式220V交流,整流濾波后約三百伏,經過降壓電路,
26、一般將電壓降到直流150V左右,這樣即可實現高壓小電流輸出,效率可以做得較高。一般用MOS做開關管,做這種規格的電源,我的經驗是,可以做到百分之九十那樣差不多,再往上也困難。原因很簡單,芯片一般自損會有0.5W到1W,而日光燈管電源不過就是10W左右。所以不可能再往上走。現在電源效率這個東西很虛,很多人都是吹,實際根本達不到。常見有些人說什么3W的電源效率做到百分之八十五了,而且還是隔離型的。告訴大家,即便是跳頻模式的,空載功耗最小,也要0.3W,還什么輸出3W低壓,能到百分之八十五,其實有百分之七十算很好了,反正現在很多人吹牛不打草稿,可以忽悠住外行,不過現在做LED的懂電源的也不多。我說過
27、,要效率高,首先就要做非隔離的,然后輸出規格還要高壓小電流,可以省去功率元件的導通損耗,所以象這種LED電源的主要損耗,一就是芯片自有損耗,這個損耗一般有零點幾W到一W的樣子,還有一個就是開關損耗了,用MOS做開關管可以顯著減小這個損耗,用三極管開關損耗就大很多。所以盡量不要用三極管。還有就是做小電源,最好不要太省,不要用RCC,因為RCC電路一般的廠家根本做不好質量,其實現在芯片也便宜,普通的開關電源芯片,集成MOS管的,最多不過兩元錢,沒必要省那么一點點,RCC只省點材料費,實際上加工返修等費用更高,到頭到反而得不償失的那樣。降壓式電源的基本結構就是將電感和負載串入300V高壓中,開關管開
28、關的時候,負載即實現了低于300V的電壓,具體的電路很多,網上也很多,我也不畫圖再說了。現在9910,還有一般的市場上的恒流IC基本都是用這種電路來實現的。但這種電路就是開關管擊穿的時候,整個LED燈板就玩完,這應該算是最不好的地方了。因為當開關管擊穿的時候,整個300V的電壓就加在燈板上,本來燈板只能承受一百多伏電壓,現在成了三百伏了,這種情況一發生。LED肯定要燒掉。所以很多人說非隔離的不安全,其實就是說降壓的,只是因為一般非隔離的絕大多數是降壓的,所以認為非隔離的損壞一定要壞LED.其實另外兩種基本的非隔離結構,電源損壞,不會影響LED的。降壓式電源要設計成高壓小電流,效率才能高,細說一
29、下,為什么?因為高壓小電流,可以讓開關管電流的脈寬大一些,這樣峰值電流就小一些,還有就是,對電感的損耗也小一些,通過電路結構就可以知道,電路不方便畫,具體也難以再敘述下去了。就隨便總結一下,降壓電源的好處是,適合于220高壓輸入使用,以使得功率器件承受的電壓應力小,適合做大電流輸出,比如做100MA電流,比后兩種方式來的輕松,效率要高。效率算比較高的,對電感的損耗較小,但對開關管損耗大一些,因為所有經過負載的功率必須要經過開關管傳輸,但輸出的功率,只有一部分經過電感,如300V輸入,120V輸出的降壓型電源,只有180V的部分要經過電感,120V的部分是直接導通進入負載的,所以說對電感損耗比較
30、小,但輸出的功率,全部要經過開關管轉化。led照明驅動設計LED的排列方式及LED光源的規范決定著基本的驅動器要求。LED驅動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED的電流,而無論輸入及輸出電壓如何變化。最常用的是采用變壓器來進行電氣隔離。文中論述了LED照明設計需要考慮的因素。一、LED驅動器通用要求驅動LED面臨著不少挑戰,如正向電壓會隨著溫度、電流的變化而變化,而不同個體、不同批次、不同供應商的LED正向電壓也會有差異;另外,LED的“色點”也會隨著電流及溫度的變化而漂移。另外,應用中通常會使用多顆LED,這就涉及到多顆LED的排列方式問題。各種排列方式中,首選驅動串聯的單串
31、LED,因為這種方式不論正向電壓如何變化、輸出電壓(Vout)如何“漂移”,均提供極佳的電流匹配性能。當然,用戶也可以采用并聯、串聯-并聯組合及交叉連接等其它排列方式,用于需要“相互匹配的”LED向電壓的應用,并獲得其它優勢。如在交叉連接中,如果其中某個LED因故障開路,電路中僅有1個LED的驅動電流會加倍,從而盡雖減少對整個電路的影響。并聯交叉連接圖E常見的LED排列方式LED的排列方式及LED光源的規范決定著基本的驅動器要求。LED驅動器的主要功能就是在一定的工作條件范圍下限制流過LED的電流,而無論輸入及輸出電壓如何變化。LED驅動器基本的工作電路示意圖如圖2所示,其中所謂的“隔離”表示
32、交流線路電壓與LED(即輸入與輸出)之間沒有物理上的電氣連接,最常用的是采用變壓器來電氣隔離,而“非隔離”則沒有采用高頻變壓器來電氣隔離。L曲寮動器的基本王蹤電燧亦芯牌"LED值得一提的是,在LED照明設計中,AC-DC電源轉換與恒流驅動這兩部分電路可以采用不同配置:1) 整體式(integral)配置,即兩者融合在一起,均位于照明燈具內,這種配置的優勢包括優化能效及簡化安裝等;2) 分布式(distributed)配置,即兩者單獨存在,這種配置簡化安全考慮,并增加靈活性。LED驅動器根據不同的應用要求,可以采用恒定電壓(CV)輸出工作,即輸出為一定電流范圍下鉗位的電壓;也可以采用恒
33、定電流(CC)輸出工作,輸出的設計能嚴格限定電流;也可能會采用恒流恒壓(CCCV)輸出工作,即提供恒定輸出功率,故作為負載的LED的正向電壓確定其電流。總的來看,LED照明設計需要考慮以下幾方面的因素:輸出功率:涉及LED正向電壓范圍、電流及LED排列方式等電源:AC-DC電源、DC-DC電源、直接采用AC電源驅動功能要求:調光要求、調光方式(模擬、數字或多級)、照明控制其他要求:能效、功率因數、尺寸、成本、故障處理(保護特性)、要遵從的標準及可靠性等更多考慮因素:機械連接、安裝、維修/替換、壽命周期、物流等當輸出電壓可能高于也可能低于輸入電壓時,峰值電流模式控制的非連續升降壓轉換器是LED驅
34、動器的一個不錯選擇。但是,采用這種升降壓轉換器用于驅動器設計時,LED電壓的變化會改變LED電流,LED開路將導致輸出端產生過高的電壓,從而損壞轉換器。本文將詳細討論這種應用于LED的轉換器設計,并描述多種克服其固有缺點的方法。發光二極管(LED)的應用已有很多年,隨著最新技術的進步,它們正逐漸成為照明市場中強有力的競爭者。新的高亮度LED具有很長的壽命(約10萬小時)和很高的效率(約30流明/瓦)。過去三十多年來,LED的光輸出亮度每1824個月便會翻一番,而且這種增長勢頭還會持續下去,這種趨勢稱為Haitz定律,相當于LED的摩爾定律。圖1a:LED的并聯連接。圖1b:LED的串聯連接。從
35、電氣上來說,LED與二極管類似,它們是單向導電(盡管它們的反向阻斷能力并不太好,高的反向電壓很容易損壞LED),具有與常規二極管類似的低動態阻抗V-I特性。另外,LED一般都有安全導通時的額定電流(高亮度LED的額定電流一般為350mA或700mA)。通過額定電流時,LED正向壓降的差異可能比較大,通常350mA白光LED的壓降在3至4V之間。驅動LED需要受控的DC電流。為了使LED的使用壽命長些,LED電流中的紋波必須很低,因為高紋波電流會使LED產生較大的阻性功耗,降低LED使用壽命。LED驅獨憧需要更高效率,因為總體效率不僅取決于LED,還與驅動電路有關。而工作于電流控制模式的開關轉換
36、器是滿足LED應用的高功率及高效率要求的理想驅動選擇。驅動多個LED也需要仔細考慮。出于下面兩個原因,不推薦如圖1a那樣并聯LED串:由于各個LED的動態阻抗和正向壓降不相同,如果沒有外部均流電路(如電流鏡像),不可能保證流過LED上的電流相同;一個LED出現故障將使LED串斷開,致使所有LED電流在剩下的LED串之間分配,這將導致LED串上的電流增大,并可能損壞LED。因此,更好的做法是將LED串聯起來。但該方法的缺點是,如果一個LED出現故障,則整個LED串將停止工作。讓剩下的LED串繼續工作的一個簡單辦法是將一個齊納二極管(其額定電壓大于LED的最高電壓)與每個(或每組)LED并聯,如圖
37、1b所示。這樣,任何一個LED發生故障后,其電流都會流到相應的齊納二極管上,LED串的其余部分仍可正常工作。基本的單階開關轉換器可分為三類:降壓轉換器、升壓轉換器和升降壓轉換器。當LED串的電壓低于輸入電壓時,降壓轉換器(圖2a)是理想的選擇;當輸入電壓總是低于串輸出電壓時,則使用升壓轉換器比較合適(圖2b);當輸出電壓可能高于也可能低于輸入電壓時(由輸出或輸入變化引起),則采用升降壓轉換器(圖2c)比較合適。升壓轉換器的缺點是,輸入電壓的任何瞬變(可使輸入電壓升高并超過輸出電壓)都會導致LED上流過很大電流(由于負載的低動態阻抗),從而損壞LED。升降壓轉換器也可代替升壓轉換器,因為輸入電壓
38、的瞬變不會影響LED電流。升降壓轉換器的工作原理對于低電壓應用中的LED驅動器,升降壓轉換器是一種不錯的選擇。其原因有多種,下面列舉了其中一部分:它們可用高于和低于輸入電壓的電壓來驅動LED串(升壓和降壓);很高的效率(很容易到達85%以上);非連續工作模式可抑制輸入電壓的變化(提供優良的線電壓調節);峰值電流控制模式允許轉換器調節LED電流,而無需復雜的補償(簡化設計);很容易實現線性和PWMLED亮度調節;開關晶體管失效不會損壞LED。圖2a:降壓轉換器。圖2b:升壓轉換器。圖2c:升降壓轉換器。但是,這種方法仍有兩個缺點:峰值電流受控并采用非連續電流模式的升降壓轉換器是一種功率恒定的轉換
39、器,因此,LED串電壓的任何變化都會引起LED電流相應改變;另一個問題是,LED開路狀態會在電路中產生損壞轉換器的高電壓;此外,還需要額外的電路將恒定功率轉換器轉變為恒定電流轉換器,并在無負載情況下保護轉換器。圖3為升降壓轉換器應用電路圖,控制器內置了用于設定開關頻率的振蕩器。在開關周期之初,Q1導通。由于輸入電壓VIN加在電感上,電感電流(iL(t)開始從零(初始穩定狀態)開始上升。其中,L是電感值。IC通過測雖電阻RL兩端的電壓間接監測電感電流。當該感應電壓上升至預先設定的電壓值(ipk)時,Q1關閉。開關導通時間(ton)由式(2)確定。此時,存儲在電感內的總能雖(J)為盡管開關關閉,流
40、經電感的電流并不會中斷。這會使二極管D1導通,并在電感兩端產生輸出電壓(-VO),這個負電壓會導致電感電流迅速下降。經過時間tOFF后,電感電流趨于零。此時間可通過公式(5)計算:為使轉換器工作在非連續導通模式下,開關導通時間與電感電流下降時間總和必須小于或等于開關周期TS,這可確保在下一個開關周期電感電流從零開始。在輸入電壓最小和輸出電壓最大的情況下(tON+t)OFF)取得最大值。因此,確保在這些電壓下轉換器工作于非連續導通模式可保證在任何情況下都能滿足公式6所示的條件。轉換器從輸入端獲得的功率(Pin)可由式(3)乘以開關頻率fs得到。假設LED串電壓(VO)恒定且效率為100%,那么L
41、ED電流(iLED)為受在峰值電流控制模式下,ipk是一個固定值。因此,LED電流完全獨立(理論上)于輸入電壓。在固定的ipk下,輸入電壓的上升(下降)會引起晶體管的導通時間成反比例減少(增加),這將提供很好的線電壓調節。在實際應用中,從控制IC檢測到電流峰值到GATE引腳實際關斷之間的延遲會引起輸入功率變化。導通時間比較短的設計會由于延遲時間而出現更多誤差,因為延遲時間將會占導通時間的相當大部分。圖3:升降壓轉換器。式(8)也表明LED電流與LED串電壓成反比。一個標稱輸出為20V和350mA的電路將在10V輸出電壓時產生700mA的電流,這顯然不是期望的結果。但是,通過使開關頻率與輸出電壓
42、成正比,式(8)提供了一種將恒定功率轉換器轉換為恒定電壓轉換器的方法。假設fs=KxVO,其中K是常數,這樣,LED電流將獨立于輸入和輸出電壓。回掃轉換器的另一個缺點是它易受輸出開路狀態的影響。當LED開路時,存儲在電感內的能雖在每次開關導通時間的最后都會被轉移到輸出電容里。缺少供電容放電的負載而導致電容兩端的電壓逐漸上升,最后超過器件的標稱值并損壞功率級。通過增加額外的電路(下部分將介紹)可提供輸出電壓反饋及過壓保護。輸出電壓反饋圖4顯示了實現過壓保護和LED開路保護所需額外電路。很多峰值電流模式控制器IC具有專用的RT引腳。與該引腳相連的電阻用來設置內部電流,該內部電流用來給振蕩器電容(可
43、以是內部或外部)充電。振蕩器電容上的斜坡電壓控制開關頻率,這樣,開關頻率與RT引腳的輸出電流成正比。電阻越小(大),電流就越大(小),開關頻率也就越高(低)。基于這一原理,可利用輸出電壓反饋來調整開關頻率。電阻R3和R4構成一個分壓器。R4上的電壓減去晶體管Q2基極和發射極之間的壓降(Vbe)就是R5上的電壓。因此,流經R5的電流(IR5)為該電流是利用匹配的晶體管對從控制IC的引腳RT獲得的。因此,其中,KIC是所選用的控制器的電流到頻率的倍增常數。如果電阻R4上的電壓降遠遠大于Vbe,則(VR5-Vbe)qVR5,且圖4中的電阻R2用于啟動轉換器。啟動狀態下,輸出電壓為零,因而IR5也為零
44、。由于沒有來自控制器RT引腳的電流,轉換器無法啟動。增加電阻R2可以在啟動狀態下獲得一小部分電流,并使R2的大小滿足其中V(RT)是控制器RT引腳上的電壓。這樣可確保轉換器能夠啟動,并將R2帶來的誤差降至最低。例如,選擇R3=R4,式(10)簡化為:這里假定輸出電壓比Q2的基極一發射極壓降大得多。結合式(8)、(10)、(11)和(14),可以得到輸出LED電流為這樣LED電流不再決定于輸入或輸出電壓。采用電阻R6、晶體管Q3和齊納二極管D2可增加過壓保護功能。在LED開路狀態下,當開關導通時,電感存儲能雖,當開關關閉時,該能雖轉移到輸出電容上。因為沒有足夠的負載供電容放電,輸出電壓在每個周期
45、都會逐漸升高。當電壓升高到超過齊納二極管的導通電壓時,由D2和R6組成的齊納二極管分支電路開始導通。這也提供了一條通過Q3基極電流的路徑,使Q3導通。此時,電阻R4實際上被短路。因此,Q2的基極發射極的PN結將關閉,導致R5上的電流為零。這將停止控制器的內部振蕩直到輸出電壓降到齊納二極管電壓以下,以上過程繼續進行。這種猝發模式可將LED開路狀態下的平均功率降至最小。這種過壓保護方法將強制控制IC進入低頻、低功率的工作模式。齊納二極管電阻分支電路上的電流必須能在R6上產生足夠大的電壓,以便為晶體管基極-發射極PN結提供偏置。PWM亮度調節圖4:帶過壓保護和輸出電壓反饋電路的升降壓轉換器在帶有輸出
46、電流反饋的開關LED驅動器中,需要反饋補償來穩定轉換器,并調節電流以達到期望的電流值。這些反饋方案的瞬態響應性能是有限的,無法滿足LED的PWM亮度調節所需要的快速開/關瞬態響應。然而,本文所描述的轉換器并不要求任何反饋補償。該控制方案所用的唯一反饋信息是通過傳感電阻獲得的流經MOSFET的峰值電流。因為轉換器在每個周期都存儲了所需的能雖,所以它可以對瞬態做出即時響應。因此它可以很方便地與PWM亮度調節方案一起工作。本文小結升降壓轉換器是低直流電壓輸入LED驅動器的有效解決方案,無論輸出電壓高于還是低于輸入電壓,它都可以驅動LED串。此外,還可在轉換器中增加小型而低廉的額外電路以克服負載調節和
47、無負載狀態下的問題。該轉換器易于實現,在峰值電流模式控制時無需進行反饋補償設計。它所具有的開環特性也使之成為那些需要PWM亮度調節的應用中的理想選擇。LED驅動電源拓撲原理采用AC-DC電源的LED照明應用中,電源轉換的構建模塊包括二極管、開關管(FET)、電感及電容及電阻等分立元件用于執行各自功能,而脈寬調制(PWM)穩壓器用于控制電源轉換。電路中通常加入了變壓器的隔離型AC-DC電源轉換包含反激、正激及半橋等拓撲結構,參見圖1,其中反激拓撲結構是功率小于30W的中低功率應用的標準選擇,而半橋結構則最適合于提供更高能效/功率密度。就隔離結構中的變壓器而言,其尺寸的大小與開關頻率有關,且多數隔
48、離型LED驅動器基本上采用“電子”變壓器。LLC半橋諧振拓撲結構圖1:常見的隔離型拓撲結構。采用DC-DC電源的LED照明應用中,可以采用的LED驅動方式有電阻型、線性穩壓器及開關穩壓器等,基本的應用示意圖參見圖2.電阻型驅動方式中,調整與LED串聯的電流檢測電阻即可控制LED的正向電流,這種驅動方式易于設計、成本低,且沒有電磁兼容(EMC)問題,劣勢是依賴于電壓、需要篩選(binning)LED,且能效較低。線性穩壓器同樣易于設計且沒有EMC問題,還支持電流穩流及過流保護(foldback),且提供外部電流設定點,不足在于功率耗散問題,及輸入電壓要始終高于正向電壓,且能效不高。開關穩壓器通過
49、PWM控制模塊不斷控制開關(FET)的開和關,進而控制電流的流動。電阻里開關圖2:常見的DC-DCLED驅動方式。開關穩壓器具有更高的能效,與電壓無關,且能控制亮度,不足則是成本相對較高,復雜度也更高,且存在電磁干擾(EMI)問題。LEDDC-DC開關穩壓器常見的拓撲結構包括降壓(Buck)、升壓(Boost)、降壓-升壓(Buck-Boost)或單端初級電感轉換器(SEPIC)等不同類型。其中,所有工作條件下最低輸入電壓都大于LED串最大電壓時采用降壓結構,如采用24Vdc驅動6顆串聯的LED;與之相反,所有工作條件下最大輸入電壓都小于最低輸出電壓時采用升壓結構,如采用12Vdc驅動6顆串聯
50、的LED;而輸入電壓與輸出電壓范圍有交迭時可以采用降壓-升壓或SEPIC結構,如采用12Vdc或12Vac驅動4顆串聯的LED,但這種結構的成本及能效最不理想。采用交流電源直接驅動LED的方式近年來也獲得了一定的發展,其應用示意圖參見圖3.這種結構中,LED串以相反方向排列,工作在半周期,且LED在線路電壓大于正向電壓時才導通。這種結構具有其優勢,如避免AC-DC轉換所帶來的功率損耗等。但是,這種結構中LED在低頻開關,故人眼可能會察覺到閃爍現象。此外,在這種設計中還需要加入LED保護措施,使其免受線路浪涌或瞬態的影響。LED日光燈管型號T4、T5、T8等含義詳解T4、T5、T8、T9、T10
51、等,表示燈管粗細。簡單地:T后面的數值,表示燈管周長,例如T4的周長為4厘米、T5的周長為5厘米算成直徑:T8的直徑是1英寸(2.54厘米),T4的直徑是0.5英寸(1.27厘米).T代表燈管的直徑1T=1/8"1"=25.4mm1T=3.175mmT4=12.7mmT5=16mmT8=25.4mmT9=28.6mmT10=31.8mm注:日光燈的燈頭主要用G5、G13的LED電源應用于LED路燈時注意的事項及發展方向全球人類正在努力改變地球溫室效應帶來的影響,節能減排呼聲高漲。當今可稱為節能“長壽命”項目的焦點產品“LED路燈”成了節能照明產業的“寵兒”。據高工LED產業
52、研究中心的調查顯示,2009年“十城萬盞”的21個試點城市中,已經安裝的LED路燈(含隧道燈)大約為22.2萬盞。其中濰坊3.5萬、武漢2.8萬、重慶2.5萬、揚州1.5萬,四座城市的裝燈雖之和為10.3萬,占總雖近一半。2009年多數城市仍處于工程試點階段,預計兩年內將大規模鋪開。但我們要清晰的認識到,當大家都在宣傳LED的長壽命時,忽略或避開了另一個決定LED燈具壽命的關鍵問題:那就是LED驅動電源的質雖。對此,筆者對影響LED電源質雖的關鍵部分進行了淺議的的分析,供大家參考!LED電源的壽命:由于LED燈具不同于傳統燈具,傳統燈具中除部分功率轉化為光能外,絕大部分功率都轉化為紅外輻射能雖
53、輻射到燈具外部空間(就類似于浴霸燈一樣),而LED是半導體發光,其除部分功率轉化為光能外,絕大部分功率都轉化為熱能,這些熱雖只能借助與芯片緊密結合的燈體散熱。商家為了燈具產品結構的整體優美,往往把電源與LED燈體結構緊密設計在一起,LED的發熱與電源的發熱疊加,這樣電源和LED光源都處在惡劣的工作環境中,當工作環境的溫度超過一定的溫度時,電源及LED的壽命大打折扣。電源內部設置溫度保護時會出現反復開關燈的現象,不設置溫度保護乂會引起高溫損壞電源器件及加速LED的光衰。LED電源屬于開關電源,開關電源的質雖與可靠性取決于其電路設計,生產工藝,及器件的質雖。電解電容是大功率開關電源中必不可少的組成
54、部分。而開關電源的正常工作壽命要取決于電源所使用的電解電容的壽命,電解電容的壽命乂取決于電容本身的壽命及工作溫度。電解電容在不同的溫度下其工作壽命差異很大。就拿國外某著名品牌電解電容為例:其通用-40C-+105C規格電容壽命保證值是(在105C滿負載條件下)4000小時。如果我們設計時電容紋波電流負載值最大使用到85%,貝U:按其提供的壽命估算公式電容溫度65C時的壽命只能保證約8萬小時;電容溫度75C時的壽命只能保證約4萬小時;電容溫度85C時的壽命只能保證約2萬小時;電容溫度95C時的壽命只能保證約1萬小時;從以上的推算:電解電容溫度每上升減半。10C,壽命將會電解電容器的工作溫度示意圖
55、:電暮丸-4!'+Q明舛”蝦+隊4L岫5祁電制島,于Jfsl.r.y.二:三;.!%”.”.-.-.-Ttn一31宣舊三電客o電源自體溫升:電源設計的比較好的功率器件溫升在25-30C左右,設計的比較差的溫升大于35C,戶夕卜LED電源要求防水,需采用密封式的外殼,為了防護等級的提高廠家要求灌膠處理,不同的膠體材料價格成本不一樣,導熱性能也不一樣,廉價膠導熱性能差,且需高溫烘烤,往往會造成元器件不同程度的隱形損傷及緊束拉傷,留下隱患。(散熱處理的不好使得殼體內電解電容工作環境如同保溫瓶,溫度積累無法散出)燈具自體溫升:由于LED產生的大雖熱本身就依靠殼體來散熱,合理的設計其LED燈具殼
56、體溫度約20C-25C間。123即:在室溫25C工作條件下,燈具殼體溫度約45C-50C左右O燈具工作環境溫度:部分地區夏季夜晚戶外地表溫度高達40C,甚至更高。綜合以上應用條件:惡劣環境下電容工作環境溫度會大于95C。也有人提出是否可用陶瓷或固體電容,但以目前的電容技術這兩種電容都無法做成高壓大容雖。當然,好鞍需配好馬,使用長壽命的電容并不一定就能保證電源壽命,要提高電源壽命,就需要從多方面來改善:使用較高壽命的電容,提高電源效率,優化電源的散熱設計,優化燈具的散熱設計。諸多燈具企業為了考慮燈具設計的緊湊以求降低重雖,要求將電源體積做的小巧并安裝在密閉的空間里,其電源的散熱條件受到限制。因此
57、高的效率,小的體積及更好的散熱設計是電源面臨的挑戰。電源與燈具的配套及雖質問題:由于LED照明是新義的產業,目前還沒大面積普及/民用化,主要是一些工程試點應用,同時沒有可以依照的行業標準,每一家設計的燈具所需求的電源在結構/電氣上都不一樣。多數中國企業的習慣是在產品研發的初期沒讓配套供應商參入,而是在產品設計完成后再去找能配套的供應商,同樣多數LED燈具企業在燈具設計初期沒有跟可以合作的電源廠家溝通與合作,而是按自己的想法或仿照某一同行的做法在LED基板及結構設計完成后才考慮電源的問題。往往會找不到合適的/質雖合格的電源,同時這樣一來交期都趕得非常緊。因此造成LED電源的現狀是:需求批雖小,品種多,通常是幾百到幾K,無法像傳統電源幾十k-上百k的生產。各家需求的電氣/結構通用性差,無法大批雖生產,基本都是定制品,無法提前備料/備貨。LED工程交期短,大部分電源為滿足客戶要求需要臨時設計/更改設計,造成材料采購周期短/生產工藝不成熟,從而導致電源成本的急劇上升,及質雖的不穩定。所以,將LED電源標準化從而提高通用性,降低成本,以批雖化生產提高質雖是大家努力實現的方向目標。目前市面上的LED電源質量層次不齊。多數做傳統開關電源的廠商開始嘗試做LED電源,但畢竟LED電源目前的使用條件與傳統消費電子的電源使用條
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